論文の概要: Unified laboratory-frame analysis of atomic gravitational-wave sensors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.24993v1
• Date: Mon, 29 Sep 2025 16:19:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-30 22:32:20.124715
• Title: Unified laboratory-frame analysis of atomic gravitational-wave sensors
• Title（参考訳）: 原子間重力波センサの統一実験片解析
• Authors: Simon Schaffrath, Daniel Störk, Fabio Di Pumpo, Enno Giese,
• Abstract要約: 原子干渉計における空間重畳が重力波信号を引き起こすことを示す。 本研究では, 原子間干渉計や超エコ原子時計に使用可能なパルスシーケンスを提案する。
• 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: Atomic sensors using light-matter interactions, in particular atomic clocks and atom interferometers, have the potential to complement optical gravitational-wave detectors in the mid-frequency regime. Although both rely on interference, the interfering components of clocks are spatially colocated, whereas atom interferometers are based on spatial superpositions. Both the electromagnetic fields that drive the transitions and generate superpositions, while propagating through spacetime, as well as the atoms themselves as massive particles are influenced by gravitational waves, leading to effective potentials that induce phase differences inferred by the sensor. In this work, we analyze the effects of these potentials on atomic clocks and atom interferometers in the laboratory frame. We show that spatial superpositions in atom interferometers, both light-pulse and guided ones, give rise to a gravitational-wave signal. Although these spatial superpositions are suppressed for clocks, we show that the light pulses driving internal transitions measure the spatial distance between the centers of two separate clocks. We highlight that this mechanism only yields a sensitivity if both clocks, including possible trapping setups, move on geodesics given by the gravitational wave. While such configurations are natural for satellite free-fliers, terrestrial optical clocks normally rely on stationary traps, rendering them insensitive to leading order. Moreover, we show that both sensors can be enhanced by composite interrogation protocols in a common framework. To this end, we propose a pulse sequence that can be used for large-momentum-transfer atom interferometers and for hyper-echo atomic clocks, leading to a signal enhancement and noise suppression.
• Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用を用いた原子センサー、特に原子時計と原子干渉計は、中周波状態における光学的重力波検出器を補完する可能性がある。 どちらも干渉に依存しているが、時計の干渉成分は空間的に共有されているのに対し、原子干渉計は空間的重畳に基づいている。 遷移を駆動し、重ね合わせを発生させる電磁場も、時空を伝播する原子自体も、重力波の影響を受けているため、センサーによって推定される位相差を誘発する効果的なポテンシャルをもたらす。 本研究では、これらの電位が実験室の原子時計および原子干渉計に与える影響を分析する。 原子間力計における空間重畳は、光パルスと誘導光の両方で重力波信号を引き起こすことを示す。 これらの空間重畳はクロックに対して抑制されるが、内部遷移を駆動する光パルスは2つの別々のクロックの中心間の空間距離を測定する。 このメカニズムは、両方のクロックがトラップ設定を含む場合のみ、重力波によって与えられる測地線に移動する場合にのみ感度が生じることを強調する。 このような構成は衛星のフリーフライヤーにとって自然なものであるが、地上の光学時計は通常静止トラップに依存しており、先行順序に敏感である。 さらに,両センサは,共通フレームワークにおける複合的尋問プロトコルによって拡張可能であることを示す。 そこで本研究では,大きなモーメント移動原子干渉計や超エコ原子時計に使用可能なパルスシーケンスを提案し,信号の増強とノイズ抑制を実現した。

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