論文の概要: A nuclear clock based on $^{229}$Th

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.08870v1
• Date: Sun, 07 Jun 2026 22:53:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-09 14:42:06.496266
• Title: A nuclear clock based on $^{229}$Th
• Title（参考訳）: $^{229}$Thに基づく核時計
• Authors: Beichen Huang, Gaowei Yan, Qi Xiao, Wenhao Bu, Zhen Zhang, Chengchun Zhao, Chao Yan, Zhi-Ang Chen, Peixiong Zhang, Gleb Penyazkov, Zhenhai Zhan, Lingfeng Yan, Yuefei Wang, Lin Li, Shanming Li, Xiaobo Qian, Xuegang Liu, Qiange He, Taoxiang Sun, Haochen Tian, Binkun Lu, Ningyuan Ma, Juxian Li, Yanzhang Wu, Qiaorui Gong, Yuxiang Li, Haoyu Shi, Xiangliang Li, Longsheng Ma, Shining Zhu, Yuxiang Mo, Jun Lin, Li You, Yige Lin, Xibo Zhang, Yin Hang, Liangbi Su, Shiqian Ding,
• Abstract要約: 核時計は、周波数基準を電子遷移から229ドルTh核の低層レーザーアクセス可能な異性体遷移にシフトさせる。 連続波狭帯域148.4nm真空紫外レーザー(VUV)を固体ホストの核遷移を安定化させることにより、229ドルTh核時計の動作を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.957940304919559
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Atomic clocks have made time and frequency the most precisely measured quantities in physics, progressing from microwave standards that realize the SI second to optical clocks that now reach unprecedented levels of precision. A nuclear clock would shift the frequency reference from an electronic transition to the uniquely low-lying, laser-accessible isomeric transition in the $^{229}$Th nucleus, offering a route to compact, robust timekeeping and sensitive tests of fundamental physics. However, turning recent advances in spectroscopy of the $^{229}$Th nuclear resonance into clock operation requires the nuclear transition to serve as a stable discriminator for steering a traceable oscillator. Here we demonstrate the operation of a $^{229}$Th nuclear clock by stabilizing a continuous-wave narrow-linewidth 148.4 nm vacuum-ultraviolet (VUV) laser to a resolved nuclear transition in a solid-state host. This clock operation is enabled by fast frequency discrimination based on phototube photocurrent readout of the transmitted VUV power. The 10 $μ$W VUV laser, generated by four-wave mixing in cadmium vapour, provides a high-signal-to-noise absorption signal from a home-grown $^{229}$Th:CaF$_2$ crystal, allowing the laser to be locked to a weakly temperature-sensitive nuclear transition. The clock reaches a fractional frequency instability of $2\times10^{-12}/\sqrt{τ/s} $, where $τ$ is the averaging time. Remarkably, nuclear-clock frequencies measured with two distinct crystals agree at the $10^{-13}$ level, demonstrating the reproducibility of solid-state nuclear frequency references. By making a laser-addressed atomic nucleus an operational clock reference, this work extends quantum metrology from electronic to nuclear transitions, and opens a new platform for compact clocks, solid-state nuclear quantum sensors and precision tests of fundamental physics.
• Abstract（参考訳）: 原子時計の時間と周波数は物理学で最も正確に測定された量となり、SIを2番目の精度で実現したマイクロ波標準から、現在では前例のない精度に達している光時計へと進歩した。 核時計は、周波数基準を電子遷移から、$^{229}$Th核における一意に低いレーザーアクセス可能な異性体遷移にシフトし、コンパクトで堅牢な時間維持と基礎物理学の敏感なテストへの経路を提供する。 しかし、最近の$^{229}$Th核共鳴の分光の進歩をクロック操作に転換するには、トレーサブル発振器を操るための安定な判別器として核遷移が必要である。 ここでは、連続波狭線幅148.4nm真空紫外レーザー(VUV)を固体ホストの分解核遷移に安定化させることにより、$^{229}$Th核時計の動作を実証する。 このクロック動作は、送信されたVUV電力のフォトチューブ光電流読み出しに基づいて、高速周波数判別により可能となる。 カドミウム蒸気の4波長混合によって生成される10$μ$WのVUVレーザーは、自家製の$^{229}$Th:CaF$_2$クリスタルから高信号と雑音の吸収信号を供給し、レーザーを弱い温度感受性の核移行にロックすることができる。 クロックは2\times10^{-12}/\sqrt{τ/s} $の周波数不安定度に達する。 注目すべきことに、2つの異なる結晶で測定された核時計の周波数は10-13$レベルで一致し、固体核の周波数参照の再現性を示す。 レーザー処理された原子核を運用クロックの基準にすることで、この研究は電子遷移から核遷移まで量子力学を拡張し、コンパクトクロック、固体核量子センサー、基礎物理学の精密テストのための新しいプラットフォームを開く。

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