論文の概要: Quantum signatures of proper time in optical ion clocks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.09573v1
• Date: Thu, 11 Sep 2025 16:10:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-12 16:52:24.46227
• Title: Quantum signatures of proper time in optical ion clocks
• Title（参考訳）: 光イオン時計における固有時間の量子シグネチャ
• Authors: Gabriel Sorci, Joshua Foo, Dietrich Leibfried, Christian Sanner, Igor Pikovski,
• Abstract要約: 原子時計は、時間力学の古典的な記述が不十分な効果を探索できることを示す。 我々は、調和に閉じ込められたクロック原子の時間拡張効果を導出するためにハミルトン形式を適用した。 また、動作と時計の進化の絡み合いが、最先端の時計で観測可能であることも示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optical clocks based on atoms and ions probe relativistic effects with unprecedented sensitivity by resolving time dilation due to atom motion or different positions in the gravitational potential through frequency shifts. However, all measurements of time dilation so far can be explained effectively as the result of dynamics with respect to a classical proper time parameter. Here we show that atomic clocks can probe effects where a classical description of the proper time dynamics is insufficient. We apply a Hamiltonian formalism to derive time dilation effects in harmonically trapped clock atoms and show how second-order Doppler shifts (SODS) due to the vacuum energy (vSODS), squeezing (sqSODS) and quantum corrections to the dynamics (qSODS) arise. We also demonstrate that the entanglement between motion and clock evolution can become observable in state-of-the-art clocks when the motion of the atoms is strongly squeezed, realizing proper time interferometry. Our results show that experiments with trapped ion clocks are within reach to probe relativistic evolution of clocks for which a quantum description of proper time becomes necessary.
• Abstract（参考訳）: 原子とイオンに基づく光学時計は、原子の動きによる時間拡張や周波数シフトによる重力ポテンシャルの異なる位置を解消することで、前例のない感度で相対論的効果をプローブする。 しかし、これまでの時間拡張の測定はすべて、古典的固有時間パラメータに関する力学の結果として効果的に説明できる。 ここでは、原子時計が適切な時間力学の古典的な記述が不十分な効果を探索できることを示す。 我々は、調和に閉じ込められたクロック原子における時間拡張効果を導出するためにハミルトン形式を適用し、真空エネルギー(vSODS)、スクイーズ(sqSODS)、量子補正(qSODS)による2階ドップラーシフト(SODS)がどのように起こるかを示す。 また、原子の運動が強く圧迫された場合、動作と時計の進化の絡み合いが最先端の時計で観測可能であることを実証し、適切な時間干渉法を実現する。 イオン時計を閉じ込めた実験は、適切な時刻の量子的記述が必要とされるクロックの相対論的進化を探索するために到達範囲内にあることを示す。

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