論文の概要: A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.04997v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 15:15:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-04 20:44:18.853498
• Title: A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop
• Title（参考訳）: フィードバックループを有するトリウム229光核時計
• Authors: L. Toscani De Col, T. Riebner, I. Morawetz, F. Schneider, N. Sempelmann, J. Schlachet-Lépinay, F. Schaden, M. Bartokos, G. A. Kazakov, K. Beeks, B. Gerstenecker, M. Pimon, S. Lahs, A. Hellerschmied, T. Lercher, J. Premper, A. Niessner, M. Matus, H. Denker, M. Cizek, O. Cip, V. Lal, G. Zitzer, V. Petrov, J. Tiedau, M. V. Okhapkin, E. Peik, T. Schumm,
• Abstract要約: トリウム229同位体中のレーザーアクセス可能な核遷移は、光核時計の実現の有望な候補として特定されている。 連続分光に基づくフィードバック吸収を迅速に行い, 連続波レーザーを148nmの核遷移に安定化させることにより, トリウム229核時計を実装した。 このクロックは、単純なショットノイズ制限による3cdot 10-12 sqrt/texts$の分数周波数不安定性のスケーリングを示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The laser-accessible nuclear transition in the thorium-229 isotope has been identified as a promising candidate for the realization of an optical nuclear clock. Such a nuclear clock might rival or outperform current optical clocks based on electron-shell transitions in atoms or ions, is expected to be more robust against external perturbations, and provides enhanced sensitivity in clock-based tests of fundamental principles of physics. Here, we implement a thorium-229 nuclear clock by stabilizing a continuous-wave laser to the 148 nm nuclear transition with rapid feedback based on continuous absorption spectroscopy. The thorium-229 nuclei are embedded into a millimeter-sized, room temperature calcium fluoride crystal. A subharmonic of the 148 nm radiation is continuously compared to a Yb+ single-ion clock. The nuclear clock shows a simple shot-noise limited scaling of the fractional frequency instability of $3\cdot 10^{-12} \sqrt{τ/\text{s}}$ where $τ$ is the averaging time, approaching $10^{-15}$ instabilities over 1 day of continuous operation. Improvements of the instability by several orders of magnitude can be projected for future solid-state nuclear clocks. We use the nuclear clock to constrain models of ultralight dark matter by searching for periodic fluctuations and slow drifts in the nuclear transition energy, on time scales between 20 s and 1 day. Drawing benefit from the enhanced sensitivity of the thorium-229 transition, these constraints compete with the best atomic clocks concerning dark matter coupling to photons and go beyond previous measurements regarding coupling to the strong force and quarks.
• Abstract（参考訳）: トリウム229同位体中のレーザーアクセス可能な核遷移は、光核時計の実現の有望な候補として特定されている。 このような核時計は、原子やイオンの電子殻転移に基づく現在の光学時計に匹敵する、あるいは優れ、外部の摂動に対してより堅牢であると期待され、物理学の基本原理のクロックベースのテストにおいて感度を高める。 ここでは、連続吸収分光に基づく高速フィードバックで、連続波レーザーを148nmの核遷移に安定化させることにより、トリウム229核時計を実装した。 トリウム229核はミリサイズの室温フッ化カルシウム結晶に埋め込まれる。 148nmのサブハーモニックは、Yb+の単一イオン時計と連続的に比較される。 原子核時計は単純なショットノイズしか示さず、その周波数不安定性は$3\cdot 10^{-12} \sqrt{τ/\text{s}}$であり、ここでは$τ$は平均時間であり、連続操作の1日で10^{-15}$不安定性に近づいた。 数桁の不安定性の改善は、将来の固体核時計に期待できる。 核遷移エネルギーの周期的変動と緩やかなドリフトを20秒から1日の時間スケールで探索することにより、超軽量ダークマターのモデルを制限するために核時計を用いる。 トリウム229遷移の感度が向上したことで、これらの制約は光子への暗黒物質結合に関する最高の原子時計と競合し、強い力とクォークとの結合に関する以前の測定を超えている。

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