論文の概要: Proposal for matter-wave interferometry with a rare-earth-doped microparticle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.38564v2
• Date: Mon, 05 Oct 2026 21:05:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 02:58:29.231708
• Title: Proposal for matter-wave interferometry with a rare-earth-doped microparticle
• Title（参考訳）: 希土類ドープマイクロ粒子を用いた物質波干渉法の提案
• Abstract要約: 埋め込み希土類イオンによる微小粒子の物質-波干渉を実演する。 関連する全ての外部脱コヒーレンス機構の速度は、ミクロ粒子の質量が増加するにつれて減少または一定に保たれる。 このデモンストレーションでは、量子センシングのための新しいプラットフォームとして、マイクロ粒子干渉法が確立される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Matter-wave interferometers are sensitive probes of low energy physics and have been used for precise tests of gravity and quantum mechanics. These applications would benefit from interfering particles of higher mass, but observing the interference of a large particle is challenging due to the need to control its initial state and to avoid decoherence. Here we propose to demonstrate matter-wave interference of a microparticle with an embedded rare-earth ion. Optical transitions of the rare-earth ion will impart momentum to the microparticle's center of mass. The use of a time-symmetric interferometer geometry and a rare-earth ion state with angular momentum $J = 1/2$ will eliminate sensitivity to the initial conditions of the microparticle. We show that the rates of all relevant external decoherence mechanisms either decrease or remain constant as the microparticle mass is increased, allowing decoherence to be avoided by using sufficiently large particles. An apparatus at moderate vacuum levels will support microparticle interferometry with up to $10^3$ photons per beam splitter and millisecond coherence time. This demonstration will establish microparticle interferometry as a new platform for quantum sensing, improving searches for minimal modifications of quantum mechanics by up to three orders of magnitude in the near term and laying the foundation for future gravitational tests.
• Abstract（参考訳）: 物質波干渉計は低エネルギー物理学の感度プローブであり、重力と量子力学の正確なテストに使われてきた。 これらの応用は、より高い質量の粒子を干渉させることの恩恵を受けるが、大きな粒子の干渉を観察することは、初期状態を制御し、デコヒーレンスを避けるために困難である。 本稿では, 希土類イオンを埋め込んだマイクロ粒子の物質-波干渉を実演する。 希土類イオンの光遷移は、ミクロ粒子の質量の中心に運動量を与える。 時間対称干渉計と、角運動量$J = 1/2$の希土類イオン状態を用いることで、マイクロ粒子の初期状態に対する感度がなくなる。 マイクロ粒子の質量が増加するにつれて, 関連する全ての外部脱コヒーレンス機構の速度は減少または一定であり, 十分に大きな粒子を用いることで脱コヒーレンスを回避することができることを示す。 中間真空レベルの装置は、ビームスプリッタ当たり10^3$光子とミリ秒コヒーレンス時間でマイクロ粒子干渉法をサポートする。 このデモンストレーションは、量子センシングのための新しいプラットフォームとしてマイクロ粒子干渉法を確立し、量子力学の最小限の修正の探索を、短期的には最大3桁まで改善し、将来の重力試験の基礎を築き上げる。

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