Suppression of clock shifts at field-insensitive transitions
我们表明，它是可能的，以显着减少四极和张量极化率变化的时钟过渡，通过操作在一个明智的选择场不敏感点。在某些情况下，移位几乎完全被消除，使得过渡成为有效的J = 0到J = 0候选。这大大提高了最近提出的利用大离子晶体进行时钟操作的可行性。对于这样的多离子时钟，几何约束和选择规则自然地基于磁场的取向将时钟操作分为两类。我们讨论了对每种类型的限制，以及如何校准可能进行时钟操作。
2016-07-14 physics.atom-ph quant-ph
Oscillating quadrupole effects in high precision metrology
从理论上研究了振荡四极场对原子能级的影响，给出了四极矩阵元的一般表达式。结果是相关的任何基于离子的时钟，其中一个时钟状态支持四极矩。估计$^{176}$ Lu $^+$的时钟偏移，并表明耦合到四极场不会限制时钟精度在$\lesssim10^{-19}$水平。然而，建议一种方法，将允许这种转变进行校准。这种方法利用共振四极耦合，使四极矩的原子被测量。使用$^{138}$ Ba $^+$给出了原理证明，其中$D_{5/2}$态的四极矩估计为$Θ=3.229(89) e a_0^2$。
2018-11-26 physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy of the $^1S_0$-to-$^1D_2$ clock transition in $^{176}$Lu$^+$
本文报道了$^{176}$ Lu的$^1S_0$到${^1}D_2$时钟跃迁的高精度光谱学.测量进行了赫兹级精度与超精细平均频率的准确性有限的校准的活性氢脉泽的SI定义的第二个通过GPS链接。测量还提供了$^1D_2$超精细结构的精确测定。考虑了与核的磁八极矩和电十六极矩有关的超精细结构常数，其中包括从三阶微扰理论导出的修正项。
2019-01-14 physics.atom-ph quant-ph
Magic wavelength of the $^{138}$Ba$^+$ $6s\;{}^2S_{1/2}-5d\;{}^2D_{5/2}$ clock transition
已确定$^{138}$ Ba $^+$中的$S_{1/2}-D_{5/2}$时钟跃迁的动态微分标量极化率的零交叉为$459.1614(28)\,$ THz。与先前确定的矩阵元素和分支比一起，这紧密地约束了在大波长范围（$\gtrsim 700\,$ nm）上的时钟跃迁的动态差分标量极化率。特别是它允许在室温下的时钟过渡的黑体辐射偏移的估计。
2020-03-04 physics.atom-ph quant-ph
A proposed test of quantum mechanics with three connected atomic clock transitions
我们考虑了史蒂芬·温伯格提出的量子力学的可能扩展，并重新分析了他的预测，即基于同一原子中的三个原子钟的新测试。我们提出了现实的实验系统，可以测试这一假设。有两个系统已经对偏离量子力学设定了极限，而使用另一个系统，人们将能够在最好的原子钟的灵敏度极限上寻找新的物理学。
2022-05-23 physics.atom-ph quant-ph
Superradiance on the milliHertz linewidth strontium clock transition
今天最好的原子钟受到用来询问原子的激光频率噪声的限制。解决这个问题的一个建议是使用光学时钟跃迁作为其增益介质来产生超辐射激光器。这种激光器将充当一个有源原子钟，并且将高度不受参考腔长度波动的影响，而参考腔长度波动限制了当今最好的激光器。在这里，我们展示和表征超辐射发射的兆赫线宽时钟过渡的合奏激光冷却$^{87}$ Sr原子被困在一个高精细光学腔。我们测量的集体增强的发射率到腔模式的一个因素超过10,000相比，独立辐射原子。我们还演示了一种方法，种子超辐射发射和观察两个独立的跃迁激光之间的干涉。我们使用这种干涉来表征两个激光子系综的相对光谱特性。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Atomic Combination Clocks
原子钟使用原子跃迁作为频率参考。原子跃迁对外部场的敏感性限制了时钟的稳定性，并引入了系统的频率偏移。在这里，我们建议实现一个原子钟，利用纠缠叠加态的多个原子物种，其中的参考频率是一个单独的过渡频率的总和。选择叠加，使得各个物种中相应跃迁的敏感性发生破坏性干扰，从而提高稳定性并减少系统漂移。我们提出并分析了两个这样的组合的例子。第一种方法利用$^{40}$ Ca $^+$- $^{174}$ Yb $^+$双离子晶体中的光学四极跃迁。第二个是一个$^{88}$ Sr $^+$离子和三个$^{202}$ Hg $^+$离子的光学四极跃迁的叠加。这些组合降低了对外部磁场和黑体辐射的敏感性。
2017-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg Spectroscopy in an Optical Lattice: Blackbody Thermometry for Atomic Clocks
我们表明，里德堡态的光谱可以提供准确的{ \em原位}测温在室温下。主量子数为25至30的从亚稳态到里德堡态的跃迁对黑体辐射的分数频率灵敏度比锶钟跃迁大200倍。我们证明，魔术波长晶格存在的亚稳态和里德伯态之间的锶和镱的过渡。用$10^{-16}$精确度测量里德堡跃迁的频率提供了$10 \, \mathrm{mK}$分辨率，并产生了$10^{-18}$的时钟跃迁的黑体不确定性。
2011-07-15 physics.atom-ph quant-ph
A quantum network of entangled optical atomic clocks
光学原子钟是我们测量时间和频率的最精确的工具。它们能够在不同位置的原子之间进行精确的频率比较，以探测基本常数的时空变化，暗物质的性质，以及大地测量。对独立系统的测量受到标准量子极限（SQL）的限制;相反，对纠缠系统的测量可以超过SQL，达到量子理论所允许的最终精度--所谓的海森堡极限。虽然本地纠缠操作已被用来证明在微观距离的这种增强，远程原子钟之间的频率比较需要快速高保真纠缠之间的独立系统，没有内在的相互作用。我们证明了第一个量子网络的纠缠光学时钟使用两个$^{88}$锶$^+$离子分开的宏观距离（2米），纠缠使用光子链路。我们将纠缠增强用于离子之间的频率比较。我们发现，纠缠减少了测量的不确定性的一个因素接近$\sqrt{2}$，预测海森堡极限，从而减少了一半的数量所需的测量达到一个给定的精度。实际上，今天的光学时钟通常受到激光退相的限制;在这种情况下，我们发现使用纠缠时钟可以带来更大的好处，与传统的相关光谱技术相比，测量次数减少了4倍。作为一个证明的原则，我们证明了这种增强测量的频率偏移施加到一个时钟。我们的研究结果表明，量子网络现在已经达到了足够的成熟度，以增强计量学。这个两节点网络可以扩展到其他节点，其他种类的捕获粒子，或通过本地操作更大的纠缠系统。
2021-11-19 physics.atom-ph quant-ph
Probing Time Dilation in Coulomb Crystals in a high-precision Ion Trap
捕获离子光学时钟能够实现$10^{-18}$和可能更低的系统分数频率不确定性。然而，当前离子钟的稳定性从根本上受到单离子询问的弱信号的限制。我们提出了一个可操作的，可扩展的平台，用于扩展时钟光谱的库仑晶体阵列组成的几十个离子，同时允许系统的位移低至$10^{-19}$。使用一种新开发的技术，我们观察到三维多余的微运动振幅库仑晶体内的原子空间分辨率和亚纳米振幅的不确定性。我们发现，在离子库仑晶体的400 $μ$ m和2毫米长，时间膨胀位移的${}^+$离子由于微动可以接近$1\times10^{-19}$和低于$10^{-18}$，分别。在以前的离子阱中，即使是少数离子的光谱学，过量的微动也会主导不确定性预算。通过最大限度地减少其贡献并提供一种量化方法，这项工作为多体离子系统中的精确光谱学开辟了道路，实现了纠缠增强的离子时钟，并提供了一个良好控制的强耦合量子系统。
2018-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Optimized geometries for future generation optical lattice clocks
深陷在魔波长光晶格中的原子为高精度光谱学提供了理想的无多普勒和无碰撞的量子发射器的致密系综。因此，它们是迄今为止一些最好的光学时钟设置的基础。然而，尽管它们的微小的光学偶极矩，在这样的晶格中固有的长程偶极-偶极相互作用产生线位移，失相和修改的衰减。我们发现，在一个完全填充的晶格，这些效果是共振增强依赖于晶格常数，晶格几何形状和激发方案诱导时钟移位的许多原子线宽和降低测量精度通过超辐射。然而，在最佳条件下，集体效应可以利用产生零有效位移和延长偶极寿命超过单原子衰变。特别是，我们确定的晶格常数低于光波长的2D六边形或正方形晶格作为最有前途的配置的准确性和精度远低于独立的合奏限制。这种几何形状也应该是相关应用的理想基础，如超辐射激光，精密磁力测量或长寿命量子存储器。
2015-09-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A high-precision rf trap with minimized micromotion for an In+ multiple-ion clock
我们提出了一个实验来表征我们的新的线性离子阱设计的多离子光学时钟的操作使用115-In^+作为时钟离子。为了表征陷阱以及时钟离子的共振冷却，我们使用172-Yb^+。陷阱设计已来自有限元法（FEM）计算和第一个原型的基础上玻璃增强热固性层压板建成。本文详细介绍了陷阱的制作工艺和微动测量。多余的微动测量使用光子相关光谱的分辨率为1.1nm的运动幅度，并在这个陷阱中的剩余轴向射频场进行了比较，有限元计算。用这种方法，我们证明了系统的时钟偏移由于过度微动的敏感性，|（Δ v/v）|= 8.5x10^-20。基于对阱轴向射频场的测量，我们估计每个阱段可以存储12个离子，并将其用作光学频率标准，由于微动，其分数不准确度为\leq 1 × 10 ^-18。
2012-06-22 physics.atom-ph
Imaging optical frequencies with 100 $μ$Hz precision and 1.1 $μ$m resolution
我们实现成像光谱学的晶格陷阱简并费米子Sr的光学时钟跃迁在莫特绝缘制度，微米空间分辨率与亚毫赫兹光谱精度相结合。我们使用这些工具来证明原子的一致性高达15秒的时钟过渡，并达到$2.5\times 10^{-19}$的记录频率精度。我们进行最快速的评估捕获光的位移和记录150兆赫的线宽，观察到的相干光跃迁的最窄拉比线的形状。结合高分辨率成像和光谱学的重要新兴能力将提高时钟精度，并为测量多体相互作用和测试基础物理提供一条途径。
2018-03-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Collinear Three-Photon Excitation of a Strongly Forbidden Optical Clock Transition
本文针对玻色子锶同位素中强禁戒的${{^1\rm{S}_0}\text{-}{^3\rm{P}_0}}$钟跃迁，提出弱磁场下共线三光子激发方法，实现相干激发并观测到高频率拉比振荡，为降低原子钟系统误差及下一代量子传感器应用奠定基础。
2025-08-25 physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine averaging by dynamic decoupling in a multi-ion lutetium clock
我们提出并实验证明了一个方案，该方案的影响超精细平均在拉姆齐询问的时钟过渡。该方法消除了对多个光学跃迁进行平均的需要，降低了时钟对其环境的灵敏度，并且减少了多离子时钟中的不均匀加宽。该方法是兼容的自动平衡拉姆齐光谱，这有利于消除残留的位移，由于不完善的实施和交流斯塔克位移从光学探头。我们证明了该计划使用相关光谱的$^1S_0$ - $^3D_1$时钟过渡在三离子Lu+时钟。从演示中，我们能够提供$^3D_1$四极矩的测量，$Θ(^3D_1)=0.634(9)ea_0^2$。
2019-10-11 physics.atom-ph quant-ph
Multi-qubit gates and Schrödinger cat states in an optical clock
本研究在可编程原子阵列中开发多量子比特Rydberg门生成多达9比特的GHZ薛定谔猫态，并利用级联不同尺寸GHZ态克服动态范围限制，展示了逼近光学原子钟Heisenberg极限标度的关键构建块。
2024-10-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Relativistic general-order coupled-cluster method for high-precision calculations: Application to Al+ atomic clock
我们报告了一个一般顺序相对论耦合团簇方法进行高精度计算的原子和分子的性质的实施。作为第一个应用，静态偶极极化率的地面和第一激发态的Al+已被确定，以精确地估计与BBR移位的时钟频率测量的不确定性。对于Al+中的3s^2 ^1S_0^0 --> 3s3p^3P_0^0跃迁，获得的相对BBR位移为-3.66+-0.44，与最新的时钟频率测量中获得的值-9 +-3形成对比[Phys.Rev.Lett. 104，070802（2010）]。在目前的工作中开发的方法可以用来研究各种微妙的影响，如原子中的基本对称性破坏。
2010-10-06 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Investigating Roles of Triple Excitations for High-precision Determination of Clock Properties of Alkaline Earth Metal Singly Charged Ions
Atomic, Molecular and Optical Physics Division, Physical Research Laboratory（物理研究实验室原子、分子与光学物理分部）；Indian Institute of Technology Gandhinagar（甘地纳加尔印度理工学院）
本文利用RCC理论研究三激发对高精度确定碱土金属单电荷离子钟态电偶极极化率和四极矩的作用，发现其结果与文献值存在显著差异。
2026-01-27 nucl-th physics.atom-ph quant-ph
High-precision Electric Dipole Polarizabilities of the Clock States in $^{133}$Cs
本文精确计算了铯-133钟态超精细能级的静态与动态电偶极极化率，结合耦合簇方法与实验数据，验证了标量和张量分量与实验一致，为高精度测量中的斯塔克位移估算提供了可靠依据。
2024-02-08 physics.atom-ph
The SWaP plot: Visualising the performance of portable atomic clocks as a function of their size, weight and power
Adelaide University（阿德莱德大学）；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）
本研究开发了一个网络资源及交互式SWaP图，用于跟踪从研究转向应用的新一代光原子钟的性能，为精密计时领域提供持续更新的参考。
2026-08-14 physics.atom-ph
Magnetic-dipole transitions in highly-charged ions as a basis of ultra-precise optical clocks
我们评估的可行性，使用磁偶极子（M1）过渡高电荷离子的光学原子钟表异常准确的基础。我们考虑了一系列的可能性，包括M1过渡的时钟水平相同的精细结构和超精细结构的流形。在高电荷离子中，这些跃迁位于光谱的光学部分，可以用激光探测。最直接的优点来自于时钟能级的低简并性和原子结构的简单性，以及可以忽略的四极移。我们证明，这样的时钟可以有预测的分数精度低于$10^{-20}-10^{-21}$水平的所有常见的系统效应，如黑体辐射，塞曼，AC斯塔克和四极移。请注意，通常采用的超精细时钟跃迁位于微波光谱区域。我们的建议将这种过渡移动到光域。由于超精细跃迁频率依赖于精细结构常数、电子与质子质量比和核磁矩，我们的建议扩展了探测基本常数时空变化的实验方案范围。
2014-11-01 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Additional clock transitions in neutral ytterbium bring new possibilities for testing physics beyond the Standard Model
研究了镱原子基态到亚稳态$^3{\rm P}^{\rm o}_2$ at $E=19\,710.388~$ cm $^{-1}$和$4f^{13}5d6s^2\,(J=2)$ at $E=23\,188.518~$ cm $^{-1}$的跃迁作为光晶格钟中的时钟跃迁的前景。Yb中具有多个时钟跃迁可以通过研究King曲线的非线性或两个时钟跃迁频率之比的时变来有益于探索超越标准模型的新物理。我们计算的状态，相关的过渡振幅，系统的移位，和时钟转换的灵敏度的精细结构常数的变化和引力势的寿命。我们发现，这两个过渡可能支持超高精度，类似于已经实现的$^1$ S $_0$-$^3$ P $^{\rm o}_0$时钟过渡。
2018-05-29 physics.atom-ph
Observation of the $^1$S$_0$ to $^3$D$_1$ clock transition in $^{175}$Lu$^+$
我们首次报道了$^{175}$ Lu $^+$中$^1$ S $_0$到$^3$ D $_1$时钟跃迁的激光光谱。时钟操作演示了三对塞曼转换，一对从每个超精细的$^3$ D $_1$长期流形。我们测量了$^3$ D $_1$的超精细间隔到10 ppb的不确定度，并推断在三个超精细跃迁上的平均光学频率为353.639 915 952 2（6）THz。从M1耦合强度推断$^3$ D $_1$状态的寿命为$174^{+23}_{-32}$小时。
2017-03-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Precision calculation of blackbody radiation shifts for optical frequency metrology
我们发现三种IIIB族二价离子B+、Al+和In+在ns^2 1 S 0- nsnp 3 P0时钟跃迁中具有非常小的黑体辐射（BBR）位移。在相同温度下，这些离子的BBR分数位移至少比任何其他现有或拟议的光频标准的BBR分数位移小10倍，并且小于Sr时钟位移的0.3%。我们已经开发了一种混合配置相互作用+耦合集群方法，提供了准确的治疗，在这样的离子相关校正，认为所有相关的国家在相同的系统的方式，并产生严格的上限的最终结果的不确定性。在T= 300 K时，我们将BBR对Al+时钟的分数频率不确定度的贡献减少到4 \times 10^{-19}。我们还将室温下B+和In+的不确定度降低到10^{-18}水平，以促进这些系统在计量和量子传感方面的进一步发展。这些不确定性接近目前提出的光学原子钟的可行精度的最新估计。
2011-11-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Search for transient ultralight dark matter signatures with networks of precision measurement devices using a Bayesian statistics method
我们分析了采用分布式全球精密测量设备网络作为暗物质和奇异物理观测站的前景。特别是，我们认为全球定位系统（GPS）的原子钟，包括一个星座的32个中地球轨道卫星配备了铯或铷微波钟和一些地球上的接收站，其中一些采用高稳定的氢脉泽原子钟。近二十年来，高精度定时数据一直可用。通过分析卫星和地面原子钟数据，有可能搜索奇异物理学的瞬态特征，如“云团”暗物质和暗能量，有效地将GPS星座转化为50，000公里孔径传感器阵列。本文描述了GPS卫星原子钟的噪声特征，描述了基于贝叶斯统计的搜索方法，并使用模拟时钟数据对该方法进行了测试。我们提出了使用我们的方法预测的发现范围，并证明了它可以超过现有的限制，对于某些模型的几个数量级。该方法不仅适用于GPS或原子钟网络，也可应用于其它精密测量设备网络。
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.atom-ph
Blackbody radiation shift for the $^1$S$_0$--$^3$P$_0$ optical clock transition in zinc and cadmium atoms
利用精确的相对论原子结构多体技术计算了二价原子Cd和Zn的$^3\!P_0-^1\!S_0$钟跃迁的黑体辐射位移。静态极化率的时钟水平和相关的电偶极子矩阵元素的计算。我们还提出了一个比较概述的光学时钟的基础上的中性二价原子被困在光晶格的BBR位移。
2019-06-19 physics.atom-ph
Improved frequency measurement of the $^1S_{0}$-$^3P_{0}$ clock transition in $^{87}$Sr using the Cs fountain clock at NMIJ as a transfer oscillator
我们进行了绝对频率测量的$^1S_{0}$ - $^3P_{0}$过渡的$^{87}$ Sr的分数不确定度为$1.2 \times 10^{-15}$，这是不到三分之一，我们以前的测量。铯喷泉原子钟被用作转移振荡器，以减少锶光晶格钟和SI秒之间的联系的不确定性。跃迁频率的绝对值为429 228 004 229 873.56（49）Hz。
2015-09-14 physics.atom-ph
AC Stark shift of the Cs microwave atomic clock transitions
从理论和实验上分析了铯原子微波原子钟跃迁的交流斯塔克频移。理论和实验数据符合得很好。结果表明，没有一个魔术波长，在那里将不会有差分移位的时钟状态具有零投影的总角动量。
2008-10-23 physics.atom-ph
Sub-recoil clock-transition laser cooling enabling shallow optical lattice clocks
激光冷却是在各种环境中对原子系统进行量子控制的关键成分。在二价原子中，两阶段多普勒冷却通常用于将原子带到uK区域。在这里，我们实现了一个脉冲径向冷却方案，使用超箭头1 S 0 - 3 P0的时钟过渡镱实现子反冲温度，下降到几十nK。结合沿一维晶格轴的边带冷却，我们有效地制备了能量为6个晶格反冲的浅晶格原子。在这些条件下，晶格时钟精度和不稳定性的关键限制减少，打开了大门，戏剧性的改善。此外，浅晶格中的隧穿移位不会损害10-19级的时钟精度。
2022-06-18 physics.atom-ph
Atomic Clocks and Constraints on Variations of Fundamental Constants
我们考虑应用精密频率测量来寻找基本物理常数的可能的时间变化。目前的实验室限制的变化的精细结构常数α和其他基本常数。
2004-10-12 physics.atom-ph
Accurate prediction of clock transitions in a highly charged ion with complex electronic structure
我们开发了一种广泛适用的方法，大大提高了准确预测复杂原子性质的能力。我们将其应用到Ir $^{17+}$的情况下，这是特别感兴趣的发展新的原子钟的精细结构常数和暗物质搜索的变化具有高灵敏度。时钟跃迁很弱，如果没有准确的理论预测，很难识别。在Ir $^{17+}$的情况下，尽管多年的努力提高了理论预测严重错误的可能性，但更强的电偶极（E1）跃迁仍然无法观察到。在这项工作中，我们提供了准确的预测过渡波长和E1跃迁率在Ir $^{17+}$。我们的研究结果解释了缺乏观察的E1转换，并提供了一个途径，对时钟转换的检测。在这项工作中所展示的计算进步广泛适用于元素周期表中的大多数元素，并将允许解决原子物理学，天体物理学和等离子体物理中的许多问题。
2019-12-18 physics.atom-ph physics.comp-ph quant-ph
Calculation of higher-order corrections to the light shift of the $5s^2\, ^1\!S_0$--$5s5p\,^3\!P_0^o$ clock transition in Cd
在最近的工作[A.山口等等，物理学评论Lett. {\bf 123}，113201（2019）] Cd已被确定为晶格时钟的优秀候选者。在这里，我们进行了进一步的时钟发展所需的计算，并作出了评估的高阶修正$5s^2\, ^1\!S_0$-$5s5p\, ^3\!P_0^o$时钟过渡的光移。我们进行了计算的磁偶极子和电四极极化率和线性和圆超极化率的$5s^2\, ^1\!S_0$和$5s5p\, ^3\!P_0^o$时钟状态在魔波长和估计这些数量的不确定性。我们还评估了二阶塞曼时钟跃迁频移。
2020-03-30 physics.atom-ph
Cosmological Gravimetry Using High-Precision Atomic Clocks
本文提出并证实了宇宙引力势可以用高精度原子钟测量的假设。的考虑是使用准经典描述的引力转移，在于非度量引力理论的框架。假设宇宙学势是由宇宙的所有物质（包括暗物质和暗能量）形成的，并且在行星尺度上是空间均匀的。很明显，宇宙学势$Φ_\text{CP}$比地球引力势$φ_\text{E}$（地球表面的$|φ_\text{E}/c^2|\sim 10^{-9}$）大几个数量级。在我们的方法中，相同的原子钟的滴答率在两个不同的引力势点，即在不同的高度进行比较。在这种情况下，关于$Φ_\text{CP}$的信息包含在宇宙学校正$α\neq 0$中，在测量点处的频率$Δω/ω$（以原子钟计）的相对变化和重力势差$Δφ$之间的关系$Δω/ω=(1+α)Δφ/c^2$中。我们估计了宇宙学修正的下限$α>10^{-6}$。它表明，使用现代原子钟的光学范围内，它是可能的，以测量值的$α$在地球上的实验，如果$|α|>10^{-5}$。在实验证实的情况下，所获得的结果将为宇宙的研究和各种宇宙学模型的测试开辟新的独特机会。这些结果也将提高相对论大地测量、精密重力测量、全球导航系统和全球原子钟网络的测量精度。
2019-01-01 physics.atom-ph physics.gen-ph
Two clock transitions in neutral Yb for the highest sensitivity to variations of the fine-structure constant
我们提出了一种新的频率标准的基础上的$4f^{14} 6s6p~ ^3\!P_0 - 4f^{13} 6s^2 5d ~(J=2)$过渡中性Yb。这种转变具有高稳定性和准确性的潜力，并且具有原子钟对精细结构常数$α$的变化具有最高灵敏度的优点。我们发现它的无量纲$α$ -变化增强因子是$K=-15$，与最灵敏的电流钟（Yb $^+$ E3，$K=-6$）相比，它是任何中性原子钟（Hg，$K=0.8$）的18倍。结合中性原子光晶格钟前所未有的稳定性，这种高灵敏度为寻找超轻暗物质和测试基本粒子标准模型之外的理论开辟了新的前景。此外，与已建立的$^1\!S_0 -\, ^3\!P_0$转变一起，将具有在中性Yb中操作的两个时钟转变，其交错询问可进一步减小此类时钟比较实验的系统不确定性。
2018-03-07 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Using optical clock transitions in Cu II and Yb III for time-keeping and search for new physics
我们研究了Cu Ⅱ中的$^1$ S $_0 - ^3$ D $_2$和$^1$ S $_0 - ^3$ D $_3$跃迁以及Yb Ⅲ中的$^1$ S $_0 - ^3$ P $^{\rm o}_2$跃迁作为光钟跃迁的可能候选者。最近开发的版本的配置（CI）的方法，设计了大量的电子以上的封闭壳层的核心，是用来进行计算。我们计算了激发能、跃迁率、寿命、基态和时钟态的标量静态极化率以及黑体辐射位移。我们证明，所考虑的过渡的时钟过渡的所有功能，导致高精度测量的前景。寻找新的物理，如精细结构常数的时间变化，也进行了研究。
2021-09-14 physics.atom-ph
Optical Atomic Clocks
光学原子钟代表了现代测量科学的前沿。本文详细介绍了基于单离子和多个中性原子的光学原子钟的发展。我们讨论了光学时钟的重要技术成分，我们提出了测量精度和系统的不确定性与一些最好的时钟。最后，我们展望了令人兴奋的时钟应用前景。
2015-02-09 physics.atom-ph
Measurement of magic wavelengths for the 40Ca+ clock transition
我们证明了实验上存在的魔术波长，并确定一个单一的被困离子的振子强度的比例。首次高精度地同时测量了~（40）Ca ~+时钟跃迁的两个魔波长，得到λ |mj| =1/2 = 395.7992（7）nm和λ |mj| =3/2 = 395.7990（7）nm。通过将激光调谐到40 Ca ~（++）的两个跃迁（4s ~（1/2）-4p ~（1/2）和4s ~（1/2）-4p ~（3/2））之间的中间波长，大大提高了时钟跃迁斯塔克位移对共振跃迁振子强度的灵敏度。利用测得的魔波长，我们确定了振子强度的比率，精度低于0.5%。我们的实验方法可以应用于测量其他离子时钟跃迁的魔波长，并且，有希望的是，这些魔波长的测量为构建晶格离子时钟铺平了道路。
2015-04-29 physics.atom-ph
Inner-shell clock transition in atomic thulium with small BBR shift
通过直接极化率测量，我们证明了Tm原子在$1.14\,μ$ m处的内壳层时钟跃迁对外部直流电场和黑体辐射（BBR）的灵敏度极低。测量了Tm原子在810- 860 nm和1064 nm波长下的钟能级微分极化率，并由此推断出室温下$-0.047(18)$原子单元内壳层钟跃迁的静态标量微分极化率，该原子单元对应于BBR的$2\times10^{-18}$分数频移.这与中性原子（Sr、Yb、Hg）中的时钟跃迁的BBR移位相比小几个数量级，并且与最不敏感的离子种类（例如Al $^+$或Lu $^+$）竞争。对于$1.14\,μ$ m时钟跃迁，我们实验测定了$813.320(6)$的“魔”波长，nm，记录了$10$的跃迁谱线宽度，Hz，并测量了其绝对频率$262\,954\,938\,269\,213(30)$，Hz.
2018-09-26 physics.atom-ph
Spectroscopy of the $^1S_0-{}^3P_0$ Clock Transition of $^{87}$Sr in an Optical Lattice
我们报道了一维光晶格中${}^{87}{\rm Sr}$原子（自然线宽为1 mHz）的$5s^2 {}^1S_0 (F=9/2) \to 5s5p {}^3P_0 (F=9/2)$时钟跃迁的光谱学。观察到线宽为0.7 kHz的无反冲跃迁以及晶格势的振动结构。通过研究载流子线宽的波长依赖性，我们确定了魔波长，在那里的时钟跃迁中的光移消失，是$813.5\pm0.9$ nm。
2003-09-09 physics.atom-ph
Current-feedback-stabilized laser system for quantum simulation experiments using Yb clock transition at 578 nm
基于干涉滤光片稳定的外腔半导体激光器（IFDL），研制了一套用于镱原子578 nm时钟跃迁光谱测量的激光系统。由于改进的频率-电流响应的激光二极管芯片和IFDL的机械扰动的敏感性较低，我们成功地稳定的频率，以一个简单的电流反馈系统的高精细度超低膨胀玻璃腔。利用该激光系统，我们进行了高分辨率的Yb的时钟光谱，并发现稳定的激光线宽小于320 Hz。
2019-05-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Polarizabilities of the 87Sr Clock Transition
本文对[P.G.]报道的~（87）Sr钟跃迁两个能级的矢量极化率和张量极化率进行了深入的讨论。Westergaard等人，物理修订版信函106，210801（2011）]。我们进行了理论计算，再现了测量系数。此外，我们详细的实验条件用于测量在两个锶光晶格时钟，并表现出的二次行为的矢量和张量位移与深度的陷阱电位和评估其对时钟的准确性的影响。
2015-03-31 physics.atom-ph
Magnetic blackbody shift of hyperfine transitions for atomic clocks
我们推导出一个表达式的磁黑体位移的超精细过渡，如铯的主要参考过渡，它定义了第二个。我们发现，这种位移是温度的复杂函数，并且只在高温极限下与T^2有关。我们还计算了被提出作为新的原子钟跃迁的基态p_1/2超精细跃迁的位移。在这种情况下，与p_3/2精细结构多重态的相互作用可能是主要的影响。
2009-10-12 physics.atom-ph
Suppression of collisional shifts in a strongly interacting lattice clock
光晶格时钟由于同时询问许多原子而具有极高的频率稳定性的潜力，但是这种精度可能以由于原子相互作用而导致的系统不准确为代价。密度相关的频率偏移甚至可以发生在使用费米子原子的时钟中，如果它们受到非均匀的光激发[1，2]。在这里，我们提出了一个看似矛盾的解决方案，这个问题。通过显著增加原子相互作用的强度，我们抑制了包含$N$ > 1个原子的晶格位点中的碰撞位移;强相互作用将能量分裂引入系统，并且抑制了向发生碰撞的多粒子状态的演化。我们证明了这种方法的有效性与JILA锶晶格时钟减少碰撞频移和其不确定性的一个以上的因素[3]，$10^{-17}$的水平。这一结果消除了多粒子系统中精度和准确度之间的折衷，因为两者都将随着粒子数量的增加而继续改善。
2010-11-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Highly-charged ions as a basis of optical atomic clockwork of exceptional accuracy
提出了一种基于高电荷态离子的新型原子钟。我们考虑了高电荷态离子的$4f^{12}$基态组态中的高禁戒激光可及跃迁。我们对系统效应的评估表明，这些跃迁可用于建造非常精确的原子钟，它可能与最近提出的核钟在精度上竞争。
2012-08-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
SI-Traceable Temperature Calibration Based on Optical Lattice Clocks
本文提出一种基于87Sr光学晶格钟和双黑体辐射屏蔽腔的SI溯源温度校准方法，通过差分测量BBR频移实现绝对温度测定，在200～350 K范围内不确定度低于17 mK，较现有方法提升两个数量级。
2025-08-19 physics.atom-ph
Stability Transfer between Two Clock Lasers Operating at Different Wavelengths for Absolute Frequency Measurement of Clock Transition in 87Sr
我们演示了将一个工作在729 nm的高稳定时钟激光器的稳定性转移到另一个工作在698 nm的不太稳定的激光器。使用光学频率梳桥接两个不同的波长。在698 nm的时钟激光器的稳定性的改善，使我们能够评估的Sr光晶格时钟与更短的平均时间的系统频率偏移。我们通过国际原子时（TAI）确定了87 Sr中时钟跃迁1 S 0 - 3 P0的绝对频率为429 228 004 229 873.9（1.4）Hz，参考大地水准面上的SI秒。
2012-01-16 physics.atom-ph physics.optics
Observation of the 1S0 - 3P0 clock transition in 27Al+
本文首次报道了~（27）Al ~（3+）1 S ~ 0 - 3 P ~ 0时钟跃迁的激光光谱。一个铝离子和一个铍离子同时被限制在一个线性的保罗陷阱中，通过它们之间的相互库仑排斥耦合。这种耦合允许铍离子同情地冷却铝离子，并且还能够将铝的电子状态转移到铍的超精细状态，这可以以高保真度测量。这些技术被应用于测量时钟跳变频率，ν= 1 121 015 393 207 851（8）Hz。它们也被用来测量亚稳态时钟态的寿命，τ= 20.6 +/- 1.4 s，基态1 S 0 g因子g_S = -0.00079248（14），以及激发态3 P 0 g因子g_P = -0.00197686（21），单位为玻尔磁子。
2007-04-09 physics.atom-ph physics.gen-ph quant-ph
Magnetic field-induced spectroscopy of forbidden optical transitions with application to lattice-based optical atomic clocks
我们开发了一种光谱学方法，使用弱静态磁场，使禁止的电偶极跃迁，否则令人望而却步的弱直接光激发。该方案的权力证明了使用的重要应用的光学原子钟的基础上限制在一个光晶格的中性原子。这种方法的简单实验实现--与DC磁场结合的单个时钟激光器--放松了当前基于晶格的时钟中的严格要求（例如，磁场屏蔽和光偏振），因此可以加速实现这些时钟所预测的非凡性能水平。我们估计，对于计量学上优选的偶同位素，使用Yb等碱土类原子的时钟可以实现远低于10^-17的分数频率不确定度。
2005-10-06 physics.atom-ph
Spectroscopy and frequency measurement of the $^{87}$Sr clock transition by laser linewidth transfer using an optical frequency comb
我们进行光谱观测的698 nm的时钟跃迁在$^{87}$锶限制在一个光晶格使用激光线宽转移技术。利用高速可控光纤频率梳将主激光器的线宽（1064 nm）转换为从激光器的线宽（698 nm），制备了一种窄线宽激光器，用于询问时钟跃迁。我们确定了$^{87}$ Sr中5s $^{2}$ $^{1}$ S $_{0}$ -5s 5 p $^{3}$ P $_{0}$时钟跳变的绝对频率为429 228 004 229 872.0（1.6）Hz（以SI秒为基准）。
2014-01-06 physics.atom-ph
Hyperfine-induced electric dipole contributions to the electric octupole and magnetic quadrupole atomic clock transitions
超精细诱导的电偶极贡献可以显著增加原本非常弱的电八极和磁四极原子钟跃迁（例如，$s$和$f$电子轨道之间的跃迁）的概率。这些跃迁可用于异常精确的原子钟、量子信息处理和寻找暗物质。它们对标准模型之外的新物理非常敏感，例如精细结构常数的时间变化，洛伦兹不变性和爱因斯坦等效原理违反。我们制定的条件下，超精细诱导的电偶极子的贡献占主导地位。由于超精细猝灭，$^{173}$ Yb $^+$的电八极钟跃迁比目前使用的$^{171}$ Yb $^+$强两个数量级.在$^{143}$ Nd $^{13+}$、$^{149}$ Pm $^{14+}$、$^{147}$ Sm $^{14+}$和$^{147}$ Sm $^{15+}$离子中发现了一些增强。
2016-02-26 physics.atom-ph
Extended coherence time on the clock transition of optically trapped Rubidium
光阱系综对于频率测量和量子存储器是至关重要的，但通常由于不均匀的密度和光位移而遭受强烈的失相。我们证明了一个急剧增加的相干时间为21秒的磁场不敏感的时钟过渡的Rb-87应用最近发现的自旋自重相。这一结果证实了这种新机制的一般性质，从而表明它在原子钟和量子存储器中的适用性。对所有相关频移和噪声贡献的系统研究得出2.4E-11 x tau^（-1/2）的稳定性，其中tau是积分时间，单位为秒。基于一系列的技术改进，预计所提出的频率标准可以在一个潜在的更紧凑的设置中与微波喷泉钟的稳定性相媲美。
2011-03-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Magic Wavelengths for Terahertz Clock Transitions
在考虑$^{3}P_{0}, ^{3}P_{1}, ^{3}P_{2}$亚稳三重态之间的太赫兹时钟跃迁的情况下，研究了碱土金属Sr、Ca和Mg原子玻色子同位素的激光俘获魔波长.计算结果表明，囚禁激光的魔波长是存在的。这一结果很重要，因为这些亚稳态已经被用于实现太赫兹频域中的精确时钟。本文对太赫兹时钟跃迁的魔波长进行了详细的讨论。
2010-01-31 physics.atom-ph physics.optics
Precision Measurement of M1 Optical Clock Transition in Ni12+
本研究使用上海-武汉电子束离子阱，通过辅助Ar+线校准方案，对Ni12+的M1光学钟跃迁波长进行了高精度测量，精度达亚皮米级，并结合原子结构计算提取了QED修正，为测试复杂系统的高阶QED修正提供了实验依据。
2023-09-09 physics.atom-ph
The absolute frequency of the 87Sr optical clock transition
利用晶格限制原子测量了87 Sr的1 S 0 - 3 P0时钟跃迁的绝对频率为429 228 004 229 873.65（37）Hz，其中8.6x10-16的分数不确定度代表了迄今为止原子跃迁频率的最准确测量之一。在详细研究了系统的影响，这减少了总的系统不确定性的锶晶格时钟到1.5x10-16，时钟频率测量对氢脉泽，同时校准到美国的主要频率标准，NIST的铯喷泉时钟，NIST-F1。使用基于飞秒激光器的光学频率梳相位相干地连接光学和微波光谱区域并且通过3.5 km光纤传输方案来比较远程定位的时钟信号，使得比较成为可能。
2008-04-29 physics.atom-ph
