論文の概要: Active laser cooling of a centimeter-scale torsional oscillator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.02275v2
• Date: Tue, 08 Apr 2025 20:57:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-18 01:20:34.709338
• Title: Active laser cooling of a centimeter-scale torsional oscillator
• Title（参考訳）: センチスケールねじり発振器のアクティブレーザー冷却
• Authors: Dong-Chel Shin, Tina M. Hayward, Dylan Fife, Rajesh Menon, Vivishek Sudhir,
• Abstract要約: 重力の基本的な性質の実験では、重力に敏感でありながら量子状態の力学系が要求される。 トリペンデュラは、本質的に高い機械的品質因子のため、重力テストを量子領域に拡張するのに理想的である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.559239450391449
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Experimental tests of gravity's fundamental nature call for mechanical systems in the quantum regime while being sensitive to gravity. Torsion pendula, historically vital in studies of classical gravity, are ideal for extending gravitational tests into the quantum realm due to their inherently high mechanical quality factor, even when mass-loaded. Here, we demonstrate laser cooling of a centimeter-scale torsional oscillator to a temperature of 10 mK (average occupancy of 6000 phonons) starting from room temperature. This is achieved by optical radiation pressure forces conditioned on a quantum-noise-limited optical measurement of the torsional mode with an imprecision 9.8 dB below its peak zero-point motion. The measurement sensitivity is the result of a novel `mirrored' optical lever that passively rejects extraneous spatial-mode noise by 60 dB. The high mechanical quality ($1.4\times 10^7$) and quantum-noise-limited measurement imprecision demonstrate the necessary ingredients for realizing the quantum ground state of torsional motion -- a pre-requisite for mechanical tests of gravity's alleged quantum nature.
• Abstract（参考訳）: 重力の基本的な性質の実験では、重力に敏感でありながら量子状態の力学系が要求される。 古典的な重力の研究に歴史的に欠かせないトーション・ペンデュラは、質量を積んだとしても本質的に高い機械的品質因子のため、重力テストを量子領域に拡張するのに理想的である。 ここでは, 室温から10mK (平均6000フォノン占有率) までの1cmスケールのねじり発振器のレーザ冷却を実演する。 これは、ピークゼロ点運動の下にある9.8dBのインプレクションを持つねじりモードの量子ノイズに制限された光学的測定で条件付けられた光放射圧によって達成される。 測定感度は、60dBの空間モードノイズを受動的に拒否する新しい「ミラーレッド」光レバーの結果である。 高い機械的品質(1.4\times 10^7$)と量子ノイズに制限された測定インプレクションは、ねじり運動の量子基底状態を実現するために必要な材料である。

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