論文の概要: Extreme-ultraviolet spectroscopy using quantum logic: a feasibility study for singly-ionized helium
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.23516v1
- Date: Mon, 24 Aug 2026 17:22:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-25 13:29:44.214972
- Title: Extreme-ultraviolet spectroscopy using quantum logic: a feasibility study for singly-ionized helium
- Title（参考訳）: 量子論理を用いた極紫外分光-単イオン化ヘリウムの実現可能性研究
- Abstract要約: 弱いXUV遷移の精密分光のための新しい量子論理(QL)分光法を提案する。
単イオン化ヘリウム中の40.81,eVにおける1S-2S$遷移の可能性は数値的に検証した。
提案法はラム・ディッケ系以外のイオンのXUV分光にも適用できる。
- 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: Extreme-ultraviolet (XUV) spectroscopy represents an important new direction in precision physics, with potential applications ranging from the metrology of fundamental constants to tests of physics beyond the Standard Model. However, the application of quantum control methods for precision spectroscopy remains an open challenge in the XUV range. Here we present a novel quantum logic (QL) spectroscopy method for precision spectroscopy of weak XUV transitions, and numerically validate its feasibility for the $1S-2S$ transition at 40.81\,eV in singly-ionized helium (He$^{+}$). We propose a scheme based on a single He$^{+}$ ion co-trapped with a Be$^{+}$ ion in a Paul trap, and He$^{+}$ excitation with pairs of frequency-comb (FC) laser pulses upconverted to the XUV via High-Harmonic Generation (HHG). We investigate a nondestructive QL scheme to detect $1S-2S$ excitation, and compare its performance with a destructive readout based on state-selective ionization. Phase coherence of the XUV light is modelled and an optical cavity is used to filter the FC pulses prior to HHG. We model the motional excitation dynamics of trapped ions outside the Lamb-Dicke regime, and numerically validate a scheme we proposed in \cite{Grundeman} to cancel the first-order Doppler broadening and the recoil shift by synchronizing the ion's secular period with the time delay between the two excitation pulses. We show that precision spectroscopy of the $1S-2S$ transition in He$^{+}$ at the 10 kHz level is feasible, for improved tests of quantum electrodynamics (QED), a measurement of the Rydberg constant $R_{\infty}$ independent of hydrogen measurements, or an improved determination of the alpha particle and helion charge radii. The proposed method may also be applied to XUV spectroscopy of other ions outside the Lamb-Dicke regime.
- Abstract（参考訳）: 極紫外分光法(XUV:Extreme-ultraviolet spectroscopy)は、基本定数のメートル法から標準モデルを超えた物理のテストまで、潜在的に応用可能な精度物理学における重要な新しい方向を示す。
しかし、精密分光法への量子制御法の応用は、XUV範囲では未解決の課題である。
ここでは、弱XUV遷移の精密分光のための新しい量子論理(QL)分光法を提案し、その実現可能性について、単イオン化ヘリウム(He$^{+}$)における1S-2S$転移40.81\,eVで数値的に検証する。
本稿では,1つのHe$^{+}$イオンとBe$^{+}$イオンをポールトラップに混入した1つのHe$^{+}$イオンと,高調波発生(HHG)を介してXUVにアップコンバートされた周波数コム(FC)レーザーパルスの対を用いたHe$^{+}$励起とに基づくスキームを提案する。
我々は,1S-2S$の励起を検出する非破壊QLスキームを調査し,その性能を状態選択イオン化に基づく破壊的読み出しと比較する。
XUV光の位相コヒーレンスをモデル化し、HHGの前に光キャビティを用いてFCパルスをフィルタリングする。
本研究では,ラム・ディッケ系外における捕捉イオンの運動励起ダイナミクスをモデル化し,2つの励起パルス間の時間遅延とイオンの世俗周期を同期させることにより,第1次ドップラー拡大とリコイルシフトをキャンセルするスキームを \cite{Grundeman} で提案した。
10kHzレベルのHe$^{+}$における1S-2S$遷移の精密分光は、量子電磁力学(QED)の試験の改善、Rydberg定数$R_{\infty}$の水素測定に依存しない測定、アルファ粒子とヘリオン電荷半径のより良い決定のために実現可能であることを示す。
提案法はラム・ディッケ系以外のイオンのXUV分光にも適用できる。
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