Highly charged ions: optical clocks and applications in fundamental physics
频率计量学和光学钟的最新发展是以原子和单电荷离子的电子跃迁为参考的。这些系统使得相对频率的不确定性在$10^{-18}$的几个部分的水平。这一成就不仅允许极其精确的时间和频率测量，而且还可以探索我们对基本物理的理解，例如基本常数的变化，局部洛伦兹不变性的破坏，以及物理学标准模型之外的力。此外，新型时钟正在推动复杂技术应用的发展。时钟在基础物理中的应用的关键是对标准模型和爱因斯坦相对论之外的效应的高灵敏度以及时钟的小频率不确定性。高电荷离子提供了两者。它们被认为是高精度的时钟，因为它们具有光学跃迁，与当前的原子钟种类相比，光学跃迁可以非常窄并且对外部扰动不敏感。选择不同电荷状态的高电荷离子提供了窄的跃迁，这些跃迁是对精细结构常数和电子与质子质量比以及其他新物理效应的变化最敏感的跃迁之一。在捕获和交感冷却高电荷离子的最新进展将在未来实现高精度的光学光谱。在计算选定的高电荷离子的属性的进展，允许系统的位移和预测的敏感性的“新物理”的影响进行评估。本文综述了该领域的理论和实验研究现状。
2018-03-17 physics.atom-ph
A clock network for geodesy and fundamental science
利用光学时钟在标准模型之外的基础物理学、地球科学和天文学应用中无与伦比的性能，需要真实地比较遥远的光学时钟的频率。满足这一要求，我们报告的第一次比较和协议的完全独立的光学时钟分离700公里，仅限于时钟本身的不确定性。这是通过经由1415公里长的电信光纤链路的相位相干光频率传输来实现的，该通信光纤链路能够实现比传统的频率传输手段更好的精度。在对$10^{17}$中的三个部分的光钟进行比较时，仅经过1000 s的平均时间就达到了分数精度，这已经比现有的任何其他频率传递方法好10倍，快4个数量级以上。执行高分辨率国际时钟比较的能力为重新定义时间单位和SI秒的全光学传播铺平了道路。
2015-11-24 physics.atom-ph
Studies of thorium and ytterbium ion trap loading from laser ablation for gravity monitoring with nuclear clocks
紧凑而坚固的钍离子阱使下一代基于钍-229核低能同质异能跃迁的原子钟技术成为可能。我们的目标是在射频电磁线性Paul阱中激光烧蚀加载单个三重电离钍。离子的检测是基于一个改进的质谱仪和单离子灵敏度的channeltron。在这项研究中，我们成功地创建和检测232 Th+和232 Th 2+离子从等离子体羽流，研究其产量的演变，并比较负载到四极离子阱与Yb。我们探索了未来低成本229 Th 3+捕获的激光烧蚀加载的可行性。钍烧蚀产率显示出强烈的耗尽，这表明我们已经从表面烧蚀了氧化物层，并且离子是等离子体羽流演化和碰撞的结果。我们的结果与其他元素及其氧化物的类似实验符合得很好。
2020-07-29 physics.atom-ph quant-ph
Thorium-229 in its Highest Charge States: Single-Ion Nuclear Clocks for Tests of Fundamental Interactions
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学光学与量子电子学研究所）；Abbe Center of Photonics（阿贝光子学中心）；Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射所DESY）；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France（索邦大学卡斯勒-布罗塞尔实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-PSL研究大学，法兰西学院）；Institut für Kernphysik, Universität zu Köln（科隆大学核物理研究所）
本研究探讨高电荷态钍-229单离子核钟的实现，提出类氢钍-229^89+与全电离钍-229^90+两类方案，利用量子逻辑光谱学评估可行性，可用于检验基本相互作用。
2026-08-11 physics.atom-ph
Fundamental Physics with a State-of-the-Art Optical Clock in Space
光学原子钟和光学时间传递的最新进展为基础物理测试和计时应用的精密计量提供了新的可能性。在这里，我们描述了一个空间任务的概念，将放置一个国家的最先进的光学原子钟在偏心轨道围绕地球。高稳定性的激光链路将把轨道航天器与地面站的相对时间、距离和速度连接起来。这项任务的主要目标是测试引力红移，这是广义相对论的经典测试，灵敏度超过目前的极限30,000倍。其他科学目标包括相对论的其他测试，加强对暗物质和基本常数漂移的搜索，以及建立高精度的国际时间/测地基准。
2021-12-20 gr-qc physics.atom-ph
Frequency ratio of two optical clock transitions in $^{171}$Yb$^+$ and constraints on the time-variation of fundamental constants
单离化镱在467 nm和436 nm处具有超窄的光钟跃迁，是实现光学原子钟和测量现代基本常数变化的方便系统。我们提出了这两个时钟转换的频率比的第一个直接测量，没有参考铯的主要标准，并使用相同的单离子171 Yb+。还列出了两种跃迁的绝对频率，每个跃迁的相对标准不确定度为$6\times 10^{-16}$。结合我们的结果与其他实验，我们报告了一个三倍的改进约束的时间变化的质子-电子质量比，$\dotμ/μ = 0.2(1.1)\times 10^{-16}$年$^{-1}$，随着时间变化的精细结构常数，$\dotα/α = -0.7(2.1)\times 10^{-17}$年$^{-1}$的改进约束。
2014-10-01 physics.atom-ph
Dependence of nuclear magnetic moments on quark masses and limits on temporal variation of fundamental constants from atomic clock experiments
我们计算了核磁矩对夸克质量的依赖关系，包括自旋-自旋相互作用效应，并利用最近的原子钟实验研究了H，Rb，Cs，Yb $^+$和Hg $^+$的超精细跃迁和H，Hg $^+$和Yb $^+$的光学跃迁，得到了精细结构常数$α$和$(m_q/Λ_{QCD})$变化的极限。
2006-03-08 astro-ph hep-ph nucl-th
Limits on gravitational Einstein Equivalence Principle violation from monitoring atomic clock frequencies during a year
太阳对地球的引力势在一年中会因地日距离的变化而变化。比较一年中不同时间的原子钟跃迁的精确测量结果，可以研究原子频率对引力势的依赖关系。我们检查了Hg $^+$和Al $^+$时钟跃迁频率比和绝对频率测量的测量数据（相对于铯频标）对于Dy、Sr、H，Rb和H中的超精细跃迁，并获得了对标准模型扩展哈密顿量$c_{00} = (3.0 \pm 5.7) \times 10^{-7}$和标准模型扩展哈密顿量中爱因斯坦等效原理违反项的引力相关参数值的显著改进的限制。精细结构常数$κ_α = (-5.3 \pm 10) \times 10^{-8}$的重力相关变化的参数。
2016-08-22 physics.atom-ph
Atomic clock performance beyond the geodetic limit
时间的流逝是通过计算参考频率的振荡来跟踪的，例如地球的旋转或钟摆的摆动。通过参考原子跃迁，频率（以及时间）可以比任何其他物理量更精确地测量，当前一代的光学原子钟报告的分数性能低于$10^{-17}$水平。然而，相对论规定时间的流逝不是绝对的，而是受观察者的参考系影响。因此，时钟测量显示出对相对速度、加速度和重力势的敏感性。在这里，我们展示了光学时钟测量超越了当今的能力，占整个地球表面的时空引力扭曲。在两个独立的镱光晶格时钟，我们展示了前所未有的水平，在三个基本基准的时钟性能。以时钟频率为单位，我们报告了$1.4 \times 10^{-18}$的系统不确定性，$3.2 \times 10^{-19}$的测量不稳定性和再现性，其特征在于10个盲频率比较，产生$[-7 \pm (5)_{stat} \pm (8)_{sys}] \times 10^{-19}$的频率差。虽然对重力的不同灵敏度可能会降低这些光学时钟作为地球时间标准的性能，但这种灵敏度可以用作地球势的精密探测器。在地球表面附近，$1 \times 10^{-18}$级别的时钟比较提供了沿重力方向1厘米的分辨率，优于最先进的大地测量技术。这些光学钟可进一步用于探索地球物理现象、探测引力波、检验广义相对论和寻找暗物质。
2018-07-30 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nuclear clocks for testing fundamental physics
$^{229}$ Th中的低能量、长寿命异构体在20世纪70年代首次作为核物理学中的一种奇异特征被研究，至今仍在激励着多学科的物理学家。利用由原子核内部的强相互作用和电磁相互作用决定的核共振频率，有可能建立一个高度精确的核钟，它将从根本上不同于所有其他基于电子壳层共振频率的原子钟。核钟将为物理学基本原理的高灵敏度测试提供机会，特别是在寻找违反爱因斯坦等效原理的情况和寻找标准模型之外的新粒子和相互作用方面。有人建议使用核钟来寻找电磁和强耦合常数的变化，并寻找暗物质。$^{229}$ Th核光学钟仍然是一个重大的挑战，鉴于目前的核跃迁频率的不确定性和自然线宽之间的巨大差距近17个数量级。近年来，实验研究取得了显著进展，本文将简要介绍。此外，将概述一个研究策略，以巩固我们目前的知识的基本$^{229\rm{m}}$ Th属性，以确定与激光光谱精度的核跃迁频率，实现不同类型的核钟，并将它们应用于与光学原子钟的精密频率比较，以测试基础物理。将讨论两种途径：激光冷却捕获的$^{229}$ Th离子，其允许在核-电子相互作用和最小系统频率偏移上进行完全控制的实验，以及Th掺杂的固体，其允许在高粒子数和不同电子环境下进行实验。
2020-12-16 nucl-ex physics.atom-ph physics.optics
Prospects for detecting new dark physics with the next generation of atomic clocks
本研究探讨下一代原子钟探测粒子质量比时空变化的潜力，通过分析现有数据和建模未来钟对灵敏度，给出对违反弱等效原理的基础物理理论的严格约束预测，并开发了相应的预测工具。
2025-04-09 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
Microwave-clock timescale with instability on order of $10^{-17}$
原子喷泉作为业务时钟的基本限制被认为是。美国海军天文台的四个铷喷泉运行超过5.5年，已经证明了连续运行时钟的前所未有的长期稳定性[1，2]。只有这些铷喷泉，可以创建一个后处理的时间尺度，通过补偿偶尔的频率步进，显示出优于任何单个时钟的长期性能。通过与世界上的主要标准进行比较，我们证明了该铷喷泉时标的不稳定性，达到了中等$10^{-17}$的水平，零漂移为$1.3 \times 10^{-19}$ /天。我们讨论的基本限制，由于共同的模式行为或个人喷泉的性能，无法纠正。
2017-04-05 physics.atom-ph
Hf$^{12+}$ ion: Highly Charged Ion for Next-Generation Atomic Clocks and Tests of Fundamental Physics
本文通过先进计算技术研究Hf$^{12+}$离子的电子结构，发现其两条钟跃迁具有低外部敏感性和高精细结构常数变化敏感性，且频移极小，是高精度原子钟和基础物理检验的极具前景候选者。
2025-11-01 physics.atom-ph
Pr10+ as a candidate for a high-accuracy optical clock for tests of fundamental physics
University of Delaware（特拉华大学）；Helmholtz-Institut, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（亥姆霍兹研究所，GSI重离子研究中心）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
研究提出将Pr10+作为高精度光学时钟候选者，结合组态相互作用和耦合簇方法计算其低能级，不确定性达0.1%，通过与测量对比进行基准测试，还报告了相关超精细结构常数计算结果，对基础物理测试有重要意义。
2026-07-15 physics.atom-ph
Manifestations of a spatial variation of fundamental constants on atomic clocks, Oklo, meteorites, and cosmological phenomena
类星体吸收系统中精细结构常数α的空间变化的显著检测必须通过互补搜索来独立确认。在这封信中，我们讨论了如何在实验室，陨石数据和分析的欧克陆核反应堆的基本常数的时间变化的地面测量可以用来证实天文学家看到的空间变化。此外，我们表明，空间变化的基本常数可以观察到的空间各向异性的宇宙微波背景，加速膨胀（暗能量），和大尺度结构的宇宙。
2010-08-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
QSNET, a network of clocks for measuring the stability of fundamental constants
QSNET联盟正在建立一个英国下一代原子和分子钟网络，该网络将在测试精细结构常数$α$和电子与质子质量比$μ$的变化方面达到前所未有的灵敏度。这反过来又会对标准模型和暗物质模型之外的广泛的基础理论和唯象理论提供更严格的约束。
2021-10-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Magic-wavelength matter-wave interferometry with optical clock states
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Center for Quantum Technologies（量子技术中心）
本文实现了基于⁸⁸Sr光钟态的双物质波干涉仪，利用813 nm魔术波长布拉格脉冲操控原子，测得自由下落态相关加速度水平为10⁻⁵，确定³P₀态调零波长，为差分力传感等提供新平台。
2026-08-19 physics.atom-ph
Gyromagnetic Factors and Atomic Clock Constraints on the Variation of Fundamental Constants
本文考虑了核子基本常数的耦合变化对核子磁矩的影响。在实验室（通过原子钟测量）和天体物理系统（例如通过21厘米跃迁的测量）中，核子g因子都可以解释精细结构常数α的变化。一个空的结果可以转化为一组基本常数变化的极限，通常简化为α。然而，在特定的模型中，特别是统一模型中，α的变化总是伴随着其他基本量的相应变化，例如QCD标度，Lambda_QCD。本文跟踪了Lambda_QCD和轻夸克质量变化引起的核子因子的变化。原则上，这些耦合变化可以从现有的原子钟和天体物理测量中提高α变化的范围。不幸的是，g因子对基本参数的依赖性的计算是众所周知的模型依赖性。
2011-12-15 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Analysis of atomic-clock data to constrain variations of fundamental constants
本研究提出模型无关的新框架，利用多种原子钟数据约束精细结构常数等基本常数在分钟到近一天尺度的时间变化，并得到超轻暗物质与类轴子粒子模型参数空间的严格限制。
2023-12-15 hep-ph physics.atom-ph
Hunting for topological dark matter with atomic clocks
迄今为止，原子钟在宇宙学上的应用仅限于研究基本常数在时间上的一致漂移。本文指出，由轻的非标准模型场构成的、具有大空间范围的暗物质天体，可以引起基本常数随时间的瞬变。这种类型的暗物质的稳定性可以由拓扑原因决定。我们指出，相关网络的原子钟，其中一些已经存在，可以被用来作为一个强大的工具来寻找拓扑缺陷的暗物质，从而提供了另一个重要的基础物理应用不断提高的准确性的原子钟。在遇到拓扑缺陷时，当它扫过网络时，最初同步的时钟将变得不同步。在空间上分离的时钟之间的时间差异预计将表现出不同的签名，编码缺陷的空间结构和它的相互作用强度与标准模型字段。
2014-12-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Highly Charged Ion (HCI) Clocks: Frontier candidates for testing variation of fine-structure constant
人们试图将引力与其他三种基本自然力统一起来。正如高维模型所建议的那样，这种统一可能需要一些无量纲基本常数的空间和时间变化。在这种情况下，探测电磁精细结构常数（$α= \frac{e^2} {\hbar c}$）在宇宙学时间尺度的低能制度的时间变化是巨大的兴趣。原子钟是探测$α$变化的理想候选者，因为它们的跃迁频率被测量到超高精度。由于原子跃迁频率是$α$的函数，因此在不同时间和空间位置处的时钟频率的测量可以产生确定这种推测的签名。高电荷态离子（HCI）中的电子经历异常增强的相对论效应。因此，与它们的等电子中性或单电荷原子系统相比，在这些离子中经常可以观察到能级交叉。这种过程的特征是原子跃迁的相对论敏感系数（$q$）更大。为了明确地检测由于$α$变化引起的跃迁频率的细微变化，考虑$q$值巨大的跃迁将是明智的。HCI被认为是制造原子钟的最合适的候选者之一，因为它们对外部电磁场的敏感性最低，这是由于它们的轨道异常收缩。第一个HCI时钟已经实现，但其精度远低于基于中性原子和单电荷离子的计数器光学时钟。HCI时钟的实现可以为基础物理的研究增加一个额外的维度。在这项工作中，我们调查的HCI适合时钟候选人的理由，一般功能，包括其潜在的探测时间变化的$α$。
2023-02-14 physics.atom-ph
Atomic optical clocks and search for variation of the fine structure constant
统一引力和其他相互作用的理论表明，物理"常数“可能在空间和时间上发生变化。原子光学频率标准（光学时钟）达到的精度接近精细结构常数$α$可能的时间演化可以通过比较基于不同原子中不同原子跃迁的时钟之间的速率来研究的水平。对$α$变化的敏感性是由于不同原子（$\sim Z^2α^2$）中不同的相对论修正。我们计算了In Ⅱ、Tl Ⅱ、Ba Ⅱ和Ra Ⅱ的相对论能移值，它们都可用作原子光钟。结果用于将时钟速率的任何变化转换为$α$的变化。
1999-08-24 physics.atom-ph
Extending the fundamental limit of atomic clock stability
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Oxford（牛津大学）；University of Colorado（科罗拉多大学）
本文提出多能级原子模型，改进了原子钟稳定性计算，通过考虑量子投影噪声和自发辐射，提升了频率稳定性达4.5dB，并在奇宇称贝尔态原子间频率比较中进一步提升至5.4dB。
2026-04-01 physics.atom-ph quant-ph
Measuring the stability of fundamental constants with a network of clocks
对标准模型基本常数变化的探测将为我们提供新物理学的令人信服的证据，并可能揭开暗物质和暗能量本质的面纱。在这项工作中，我们将讨论如何使用原子和分子钟网络在广泛的时间尺度上以前所未有的灵敏度寻找这种变化。这正是最近启动的QSNET项目的目标：一个用于测量基本常数稳定性的时钟网络。QSNET将包括最先进的原子钟，但也将开发下一代分子和高电荷离子钟，对基本常数的变化具有更高的灵敏度。我们描述了QSNET的技术和科学目标，并评估其预期性能。我们表明，在QSNET探测的参数范围内，要么我们会发现新的物理，或者我们会施加新的约束，违反基本对称性和一系列的理论超出了标准模型，包括暗物质和暗能量模型。
2022-05-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Frequency ratio of the $^{229\mathrm{m}}$Th nuclear isomeric transition and the $^{87}$Sr atomic clock
研究利用稳定至$^{87}$Sr原子钟的VUV频率梳直接激发CaF$_2$中$^{229}$Th核跃迁，测定其频率比及核四极分裂，实现核钟与原子钟的首次直接比较。
2024-09-07 nucl-ex physics.atom-ph physics.optics
UGR tests with atomic clocks and atom interferometers
原子干涉实验测试了物质能量和引力在不同时空点之间耦合的普适性，因此原则上能够探测引力红移（UGR）普适性的可能违反。在这篇文章中，我们介绍了一个UGR破坏模型，然后讨论了UGR测试原子钟和原子干涉仪在相同的基础上进行。我们提出了一个大类的原子干涉几何是敏感的违反UGR。
2022-03-30 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Atom interferometry with the Sr optical clock transition
报道了利用单光子相互作用实现锶原子超窄光钟跃迁的物质波干涉仪。我们实验证明它的操作作为一个重力仪和重力梯度仪。没有减少干涉仪的对比度观察到的干涉仪的时间$2T=10$ ms，由装置的几何约束的限制。在梯度配置中，灵敏度接近散粒噪声极限。单光子干涉仪代表了一类新的高精度传感器，可用于探测迄今为止尚未探索的频率范围内的引力波，并揭示量子力学和广义相对论之间的边界。
2017-08-17 physics.atom-ph
Atomic Coherence of 2 minutes and Instability of 1.5E-18 at 1 s in a Wannier-Stark Lattice Clock
本文在 87Sr 光晶格钟中系统研究了原子相干性限制因素，通过降低密度实现 118 秒相干时间，并据此展示了 1 秒处 1.5E-18 的钟不稳定度，为基础物理应用推进了光晶格钟性能。
2025-05-09 physics.atom-ph
Comprehensive Assessment of $\mathrm{Th}^{3+}$ Properties for Nuclear Clock and Fundamental Physics Applications
本研究通过相对论耦合簇框架的单、双、三重激发计算Th³⁺原子性质，结合实验数据获²²⁹Th等核电荷半径、磁偶极矩等关键参数，揭示高阶效应影响，为核钟技术与基础物理研究提供高精度数据支撑。
2025-11-19 nucl-ex nucl-th physics.atom-ph
Optical clocks based on molecular vibrations as probes of variation of the proton-to-electron mass ratio
一些新的量子引力或暗物质物理模型预言了基本常数的漂移或振荡。一个相对简单的模型将分子振动与质子-电子质量比$μ$联系起来。许多振动跃迁是在光学频率上的，具有用作高精度光学时钟的前景。我们简要总结了导致$μ$变化的新物理模型以及当前对漂移和振荡幅度的限制。在概述了实验室程序之后，我们给出了目前正在开发或正在进行的实验的分子的例子。这些实验的预测系统和统计的不确定性，使他们领先的候选人在下一代搜索的时间变化的$μ$。
2020-07-30 physics.atom-ph
Searching for New Fundamental Interactions via Isotopic Shifts in Molecular Lattice Clocks
提出利用分子晶格钟的同位素位移测量，在keV/c²标量粒子范围内约束新型Yukawa型质量依赖相互作用；锶二聚体Hz级精度有望把强子耦合约束提升一个数量级。
2024-07-03 gr-qc hep-ph physics.atm-clus
Geodesy and metrology with a transportable optical clock
新型测量仪器的出现可能导致科学研究的范式转变。光学原子钟，由于其前所未有的稳定性和不确定性，已经被用来测试物理理论，并预示着国际单位制（SI）的修订。然而，要释放其跨学科应用的潜力，如相对论大地测量学，一个重大的挑战仍然存在。这是它们从仅限于国家计量实验室的高度专业化仪器转变为可在不同地点部署的灵活设备。在这里，我们报告的第一场测量活动进行了普遍适用的$^{87}$锶光晶格时钟。我们用它来确定一座山的中部和一个相距90公里的位置之间的重力电势差，利用本地和远程时钟比较，以消除潜在的时钟误差。与$^{171}$ Yb晶格钟的本地比较也是对独立开发的光学钟的国际一致性的重要检查。这一活动展示了便携式光学钟令人兴奋的前景。
2017-05-11 physics.atom-ph
Neutrino Velocity and the Variability of Fundamental Constants
中微子速度实验不仅可以被看作是对洛伦兹不变性的检验，而且可以被看作是对所有标准模型物质在某一深度以下的极限传播速度的测量，在该深度下没有直接的洛伦兹信息。后一种选择，假设是由某种变色龙类型的背景引起的，可以在下一阶段的中微子速度实验中进行测试。我们还表明，同类模型的互补约束条件，可以得到与实验测试时钟的普遍性，在深地下/水下实验。通过考虑明确的QED模型与粒子普遍修改的传播速度的深度依赖张量背景，我们表明，在一般情况下，应该期待大于GR的时钟频率和时钟的非普遍性的变化。这可以通过比较原子钟中的窄跃迁来测试，与中微子速度实验相比，一般模型可以提供更高的精度。
2012-06-05 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
An optical clock with neutral atoms confined in a shallow trap
我们研究了利用晶格中的原子实现光钟所需的陷阱深度。我们发现，网站到网站隧道导致剩余的敏感性的原子动力学，因此需要大的深度（50 $100 E\_r$为Sr），以避免任何频率偏移或线加宽的原子跃迁在$10^{-17}-10^{-18}$水平。然而，这样大的深度和相应的激光功率可能导致困难（例如，高阶光位移、双光子电离、技术困难），因此人们希望在浅得多的陷阱中操作时钟。为了避免这个问题，我们建议使用加速晶格。加速度提升了相邻势阱间的简并度，强烈抑制了隧穿。我们表明，使用地球的重力，更浅的陷阱（下至$5 E\_r$的Sr）可以用于相同的精度目标。
2005-04-13 physics.atom-ph
Atomic clocks: new prospects in metrology and geodesy
介绍了原子钟的最新发展及其在计量学和基础物理学中的应用。根据光学钟精度的最新进展，本文介绍了频率传递的相对论模型化，并对计时大地测量学作了详细的评述。
2013-08-29 gr-qc physics.atom-ph
Optical clocks based on the Cf$^{15+}$ and Cf$^{17+}$ ions
近年来，高电荷态离子（HCI）的冷却、俘获和量子逻辑光谱学的实验进展使得HCI可用于高分辨率光谱学和精密基础研究。基于这些成果，我们探索了利用Cf $^{15+}$和Cf $^{17+}$离子的基态和低激发态之间的跃迁来开发光钟的可能性。使用高精度的相对论计算方法，我们预测了时钟跃迁的波长，计算了相关的原子性质，并分析了一些影响光学时钟精度和稳定性的系统效应（如电四极、微动和二次塞曼位移）。我们还计算了磁偶极超精细结构常数的时钟态和黑体辐射位移的时钟跃迁。
2020-04-13 physics.atom-ph
A Search for Variations of Fundamental Constants using Atomic Fountain Clocks
五年来，我们用几台激光冷却的~（133）Cs和~（87）Rb原子喷泉，比较了~（133）Cs和~（87）Rb原子电子基态的超精细频率，精度为~10^{-15}。这些测量为两个频率之间的比率的可能分数时间变化设定了严格的上限：（d/dt）ln（nu_Rb/nu_Cs）=（0.2 +/- 7.0）*10^{-16} yr^{-1}（1 sigma不确定性）。同样的限制也适用于量（mu_Rb/mu_Cs）* α ^{-0.44}的可能变化，它涉及到核磁矩和精细结构常数的比值。
2002-12-31 astro-ph gr-qc hep-ex
Molecular lattice clock with long vibrational coherence
原子晶格钟激发了许多基础物理学测试、广义相对论效应探测和多体系统相互作用研究的想法。另一方面，分子结构和动力学提供了丰富的能量尺度，这些尺度是精密测量和量子信息科学新协议的核心。在这里，我们展示了一个根本上不同类型的晶格时钟，是基于双原子分子的振动，并提出弱和深绑定的分子之间的相干拉比振荡持续10毫秒。这种控制是由一个状态不敏感的魔晶格陷阱，弱耦合到分子振动共振，并提高了几个数量级的分子和光之间的相干时间。所实现的品质因数$Q=8\times10^{11}$来自Sr $_2$中25 THz时钟跃迁的30 Hz窄谐振。我们的扩展相干操作技术适用于基于超冷极性分子的量子比特中的量子信息的长期存储，而振动钟可以精确探测原子间的力，在超短范围内测试牛顿引力，并独立于模型搜索电子与质子质量比的变化。
2019-04-09 physics.atom-ph quant-ph
Atomic Clocks for Geodesy
本文综述了光学原子钟和频率传递的实验进展，并展望了这些技术在大地测量中的应用前景。今天，光学原子频标的相对频率误差已经达到10-17以下，为基础和应用研究开辟了新的领域。原子频率对引力势的依赖性使原子钟成为寻找爱因斯坦广义相对论预测偏差、检验现代统一理论和开发新的引力场传感器的理想候选者。本文介绍了光学原子钟的概念，介绍了国际原子钟的发展和比较情况。除了进一步提高当今最好的时钟的稳定性和准确性外，还投入了大量的精力来提高可靠性和技术准备，以便在专业实验室之外使用紧凑的便携式设备。由于相对频率不确定度为10-18，预计光学频率标准的比较将与卫星和地面数据一起有助于精确确定分辨率为厘米级的大地测量基本高度参考系。原子标准的长期稳定性将为大地测量以及对我们地球的建模和了解提供极好的长期高度参考。
2018-03-05 physics.atom-ph physics.geo-ph quant-ph
Hamiltonian engineering of spin-orbit coupled fermions in a Wannier-Stark optical lattice clock
设计具有可调相互作用的哈密顿系统为优化量子传感的性能和探索多体系统的新兴现象提供了机会。基于引力倾斜浅晶格中的部分离域Wannier-Stark态的光晶格时钟通过自旋轨道耦合支持优异的量子相干性和可调节的相互作用，从而呈现出强大的自旋模型实现。现场和场外的相互作用的相对强度可以调整，以实现在一个“魔术”晶格深度的零密度偏移。这种机制与大量的原子一起，能够证明最稳定的原子钟，同时最大限度地减少与原子密度相关的关键系统不确定性。相互作用也可以通过驱动离位Wannier-Stark转变来最大化，实现铁磁到顺磁的动态相变。
2022-01-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Atomic fountains and optical clocks at SYRTE: status and perspectives
在这篇文章中，我们报告的工作与LNE SYRTE原子钟合奏在过去的10年。我们涵盖了原子喷泉及其应用于计时的进展。我们还介绍了基于锶和汞的光晶格钟的发展。我们报告的基本物理定律的测试与这些高度准确的原子钟。我们还报告了与SI秒未来可能的重新定义相关的工作。
2015-07-16 physics.atom-ph physics.optics
Clock precision beyond the Standard Quantum Limit at $10^{-18}$ level
本文利用腔基量子非破坏测量制备约3万个锶原子的自旋压缩系综，在61 ms探测下实现超越标准量子极限2.0(2) dB的改进，达到1.1×10^{-18}分数频率精度，建立了迄今最精确的纠缠增强时钟。
2025-05-07 physics.atom-ph quant-ph
An analysis of the stationary operation of atomic clocks
我们开发了一个原子钟的抽象模型，充分描述了一个经典的振荡器和量子参考之间的重复同步的动态。我们证明了该模型的定态的存在性，并研究了它对控制方案，询问时间和振荡器的稳定性的依赖性。对于无偏的原子钟，我们推导出一个基本的界限原子钟的长时间稳定性的本振噪声。特别是，我们表明，对于一个本地振荡器噪声与集成的频率方差缩放为$T^α$短时间$T$，最佳的时钟时间方差缩放为$F^{-(α+1)/(α+2)}$相对于量子费舍尔信息，$F$，与量子参考。
2016-03-02 math-ph math.MP physics.atom-ph
