論文の概要: A robust method to reach the motional quantum regime of (anti-)protons in cryogenic multi-Penning traps

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.22826v1
• Date: Thu, 26 Feb 2026 10:06:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-27 18:41:22.63904
• Title: A robust method to reach the motional quantum regime of (anti-)protons in cryogenic multi-Penning traps
• Title（参考訳）: 低温マルチペニングトラップにおける(反)プロトンの運動量子状態に到達するためのロバストな方法
• Authors: Nikita Poljakov, Jan Schaper, Julia-Aileen Coenders, Philipp Luca Hoffmann, Juan Manuel Cornejo, Klemens Hammerer, Stefan Ulmer, Christian Ospelkaus,
• Abstract要約: 共鳴レーザー冷却は精密分光法と量子状態制御の鍵となる概念である。 本研究では, 潜在的な井戸の非調和性は, 冷却過程を通じて共振状態の維持を防止することができることを示す。 この手法により、低温から運動の量子状態に至るまでの効率的な冷却が可能となる。
• 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: Sympathetic laser cooling is a key concept in precision spectroscopy and quantum state control of charged particles. Significant challenges arise in the metrologically relevant case where the effective interaction between the particles is weak and the particle to be cooled exhibits significant initial motional energy. Here we specifically address the most generally applicable case where the laser-cooled ion and the particle of interest are confined to two spatially separate potential wells with equal motional frequency for resonant enhancement of the cooling dynamics. We analyze the latter through numerical simulations and find that anharmonicities of the potential wells can prevent maintaining the resonance condition throughout the cooling process and thus inhibit a significant reduction in motional energy. We propose a cooling scheme that sweeps the trapping frequency of the potential wells. We show that this scheme enables efficient cooling from cryogenic temperatures all the way to the quantum regime of motion. As a specific application scenario, we analyze the sympathetic cooling of (anti-)protons into the quantum regime of motion for quantum-logic-spectroscopy-based tests of CPT invariance at the quantum limit in Penning traps. Nevertheless, our results and cooling strategies are generally applicable to other laser-inaccessible ion species.
• Abstract（参考訳）: 共鳴レーザー冷却は、荷電粒子の精密分光と量子状態制御における鍵となる概念である。 粒子間の効果的な相互作用が弱く、冷却する粒子が重要な初期運動エネルギーを示すような、気象学的に関係のある場合において、重要な課題が生じる。 ここでは、レーザー冷却されたイオンと興味粒子が、冷却力学の共鳴増強に等しい運動周波数を持つ2つの空間的に分離されたポテンシャル井戸に閉じ込められる最も一般的なケースについて述べる。 数値シミュレーションにより後者を解析し, ポテンシャル井戸の非調和性は, 冷却過程を通じて共振状態の維持を防ぎ, 運動エネルギーの大幅な減少を抑制することができることを示した。 本稿では,潜在的な井戸のトラップ周波数を網羅する冷却方式を提案する。 この手法により、低温から運動の量子状態に至るまでの効率的な冷却が可能となる。 特定の応用シナリオとして、ペニングトラップの量子極限におけるCPT不変性の量子論理-分光法に基づくテストにおいて、(反)プロトンの量子状態への共振冷却を解析する。 それにもかかわらず、我々の結果と冷却戦略は他のレーザー利用不可能なイオン種にも適用できる。

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