論文の概要: Optical Creation of Synthetic Microgravity for Quantum Degenerate Gases

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.14985v1
• Date: Fri, 12 Jun 2026 22:09:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-16 16:21:32.560123
• Title: Optical Creation of Synthetic Microgravity for Quantum Degenerate Gases
• Title（参考訳）: 量子デジネートガスのための合成微小重力の光学的創製
• Authors: Catie LeDesma, Kendall Mehling, Tristan Rojo, Murray Holland,
• Abstract要約: 光学工学的な力場を用いた量子退化ガスの合成微小重力を実現する。 力の風景は、原子アンサンブルの連続的な閉じ込めを維持しながら、地球の重力をミリgレベルに補償する。 地上実験室の量子ガスを捕捉した合成微小重力を実現するための多用途プラットフォームを構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Microgravity environments provide unique opportunities for ultracold-atom experiments by enabling long interrogation times and reduced acceleration-induced dynamics. However, their realization has largely been restricted to specialized facilities such as drop towers, sounding rockets, and space-based laboratories. Here we realize synthetic microgravity for quantum degenerate gases using optically engineered force landscapes that compensate Earth's gravity to the milli-g level while maintaining continuous confinement of the atomic ensemble. These force landscapes are generated by dynamically painted optical dipole potentials and calibrated in situ through Bloch oscillations in a vertical optical lattice, enabling precise control of the residual acceleration. We use this capability to demonstrate matter-wave beam splitting with arm separations of several hundred microns. We further implement a Bloch-band atom interferometer in which interaction-induced dephasing is strongly suppressed through controlled three-dimensional expansion in the synthetic microgravity potential. This reduction of mean-field effects restores near-$\sqrt{N}$ scaling of interferometric sensitivity for large quantum degenerate ensembles. Our results establish a versatile platform for realizing synthetic microgravity with trapped quantum gases in terrestrial laboratories, bringing the advantages of microgravity experiments to continuously operating systems and opening new opportunities for quantum sensing, matter-wave interferometry, and precision measurements.
• Abstract（参考訳）: 微小重力環境は、長い尋問時間と加速誘起力学を減少させることにより、超低温原子実験にユニークな機会を提供する。 しかし、その実現は主に落下塔、観測ロケット、宇宙実験所などの特殊施設に限られている。 ここでは、原子アンサンブルの連続的な閉じ込めを維持しつつ、地球の重力をミリgレベルに補償する光学的に設計された力の風景を用いて、量子退化ガスの合成微小重力を実現する。 これらの力場は、動的に塗布された光学双極子電位によって生成され、垂直光学格子におけるブロッホ振動を通じてその場で校正され、残留加速度の正確な制御を可能にする。 我々はこれを数百ミクロンの腕分離による物質波ビーム分割の実証に利用した。 さらにBloch-band atom interferometerを実装し, 合成微小重力電位の3次元展開制御により, 相互作用誘起のdephasingを強く抑制する。 この平均場効果の減少は、大きな量子退化アンサンブルに対するインターフェロメトリ感度のスケーリングをほぼ$\sqrt{N}$で復元する。 本研究は, 地上実験室における量子ガスの捕捉による合成微小重力の実現, 連続運転システムへの微小重力実験の利点, 量子センシング, 物質波干渉計測, 精度測定の新たな機会の開放を実現するための多目的プラットフォームを構築した。

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