Realisation of a Frequency Standard Using an Atomic Fountain
A. Michaud, M. Chowdhury, K. P. Zetie, C. J. Cooper, G. Hillenbrand, V. Lorent, A. Steane, C. J. Foot
我们报告的实现和初步研究的频率标准，使用激光冷却铯原子喷泉。我们的装置使用磁光阱作为冷原子的源，并在原子进入微波腔之前使用光泵浦使原子处于正确的状态。
We report the realisation and preliminary study of a frequency standard using a fountain of laser cooled caesium atoms. Our apparatus uses a magneto-optical trap as a source of cold atoms and optical pumping to prepare the atoms in the correct state before they enter the microwave cavity.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
The robustness of an atomic fountain interferometer with respect to variations in the initial velocity of the atoms and deviations from the optimal pulse amplitude is examined. We numerically simulate the dynamics of an interferometer in momentum space with a maximum separation of $20 \hbar k$ and map out the expected signal contrast depending on the variance of the initial velocity distribution and the value of the laser field amplitude. We show that an excitation scheme based on rapid adiabatic passage significantly enhances the expected signal contrast compared to the commonly used scheme c…
Demonstration of a Dual Alkali Rb/Cs Atomic Fountain Clock
我们报道了一个Rb/Cs双原子喷泉钟的工作。133 Cs和87 Rb原子在LNE-SYRTE的FO 2双喷泉中同时冷却、发射和检测。双时钟操作发生时，稳定性或精度都没有下降。我们描述了实现这种同时操作的关键功能。我们还报告的第一个Rb/Cs的频率测量活动与FO 2在这个双原子钟配置，包括一个新的绝对87 Rb超精细频率的测定结果。
Evaluation of Doppler Shifts to Improve the Accuracy of Primary Atomic Fountain Clocks
我们证明了测量和从头计算之间的协议所造成的频率偏移的分布腔相位变化的微波腔中的一个主要原子喷泉钟。对空腔有限元模型的实验验证首次定量评估了这种主要不确定性，并将其降为δ nu / nu = 8.4 \times 10^-17。将这些实验技术应用于改进微波谐振腔的时钟，将产生可忽略的分布式谐振腔相位不确定度，小于\pm 1 \times 10^-17。
Measurement of gravitational acceleration in a single laser operated atomic fountain
本文利用自研冷原子重力仪在原子喷泉几何中通过拉曼脉冲原子干涉术测量本地重力加速度，在1350秒积分时间内实现了621 μGal的灵敏度。
Stability enhancement by joint phase measurements in a single cold atomic fountain
提出了一种在单原子干涉仪中进行联合询问的方法，克服了标准冷原子喷泉中连续测量之间的死区时间。联合操作使得能够更快地平均与时钟中的本地振荡器噪声和冷原子惯性传感器中的振动噪声相关联的迪克效应。这样的操作允许实现由于原子散粒噪声引起的最低稳定性极限。我们演示了一个多个联合操作，其中多达五个云的原子同时在一个单一的设置询问。多个联合操作的基本特征，在这里演示的微波拉姆齐询问，可以概括为超越当前的稳定性限制与死区时间在当今的冷原子干涉仪惯性传感器。
Distributed cavity phase frequency shifts of the caesium fountain PTB-CSF2
我们评估了频率测量和从头计算相结合的铯喷泉钟PTB-CSF 2中的频率误差。相关的不确定度为1.3E-16，频率偏差为0.4E-16。测量和计算之间的一致性解释了之前在微波振幅升高时观察到的频率漂移。我们还评估了由于微波透镜的原子波包的频率偏差和不确定性。我们报告的总PTB-CSF 2系统不确定度为4.1E-16。
Uncertainty Evaluation of the Caesium Fountain Primary Frequency Standard NIM6
本文全面评估了中国计量科学研究院研发的新型铯喷泉钟NIM6的不确定度，其采用3D磁光阱和Ramsey腔等技术，实现了1.0x10-13 τ-1/2的短期稳定度和2.3x10-16的B型不确定度，且通过UTC比对验证了结果的一致性。
A technique is demonstrated that allows free space atomic fountain clocks and interferometers to utilize optical cavity generated spin-squeezed states with over $390\,000$ ${}^{87}\text{Rb}$ atoms. Fluorescence imaging is used for population spectroscopy, after a free fall time of 4 milliseconds, to resolve a single-shot phase sensitivity of $814 (61)$ microradians, which is $5.8(0.6)$ decibels (dB) below the quantum projection limit. The dynamic range is observed to be 100 milliradians. When operating as a microwave atomic clock with $240\,000$ atoms at a 3.6 ms Ramsey time, a single-shot fra…
We use an atomic fountain clock to measure quantum scattering phase shifts precisely through a series of narrow, low-field Feshbach resonances at average collision energies below $1\,μ$K. Our low spread in collision energy yields phase variations of order $\pm π/2$ for target atoms in several $F,m_F$ states. We compare them to a theoretical model and establish the accuracy of the measurements and the theoretical uncertainties from the fitted potential. We find overall excellent agreement, with small statistically significant differences that remain unexplained.
Recoil Effects in Microwave Ramsey Spectroscopy
我们提出了一个理论的反冲效应在两区拉姆齐光谱，特别是适用于微波频率标准，使用激光冷却原子。我们描述的高斯波包的统计分布，使我们能够推导和量化的原子源的相干性相关的，以前没有考虑的影响的原子。我们表明，根据实验条件，预期的反冲频移可以部分地取消这些影响，这可能是显着的微波波长，而在光学的可以忽略不计。我们推导出所观察到的干扰信号在弱场近似下的解析表达式，和现实的铯喷泉参数的数值结果。在不久的将来，铯和铷喷泉钟的不确定度预计将达到与微波频率反冲位移的首次估计相同的数量级（10^{-16}）。然而，我们表明，这里提出的完整的理论预测的部分取消导致频率偏移的数量级更小。然而，在特定的实验条件下（增加微波功率、原子温度和发射高度的变化等），应该可以观察到微波反冲位移。我们希望本文能为此类实验提供一些指导，这些实验将测试基本理论及其假设，这反过来又对下一代微波频率标准至关重要。
Single-atom trajectories in higher-order transverse modes of a high-finesse optical cavity
观察到单原子通过高精细度光腔高阶厄米-高斯横模的跃迁。与高斯基模相比，高阶模的使用增加了原子位置的信息。该实验是实现原子万花筒的第一个实验步骤。
Comment on "Frequency shifts in NIST Cs primary frequency standards due to transverse rf field gradients"
本文讨论了Ashby等人对NIST-F1和F2原子喷泉钟微波透镜频移的理论处理。修订版A。91，033624（2015）]。NIST计算出的频移远小于先前评估的其他对国际原子时有贡献的时钟的微波透镜频移。我们确定了NIST治疗中的几个基本问题，并证明每个问题都会显着影响他们的结果。我们还显示了一个平稳过渡的微波透镜频率漂移的光子反冲位移大波包。
Atomic Interferometer with Amplitude Gratings of Light and its Applications to Atom Based Tests of the Equivalence Principle
我们研制了一种基于原子从有效吸收光栅衍射的物质波干涉仪。在原子喷泉中的冷铷原子装置中，用干涉仪进行了原子基础上等效原理的检验。比较了两种同位素85 Rb和87 Rb的引力加速度，得出差值Dg/g =（1.2 +-1.7 x10 ^{-7}）。我们还对处于两种不同超精细态的原子进行了微分自由降落测量，得到了Dg/g =（0.4 +-1.2 x10 ^{-7}.
Atom interferometry in an Einstein Elevator
针对地面原子干涉传感器受自由下落高度限制的问题，研究团队提出在实验室级爱因斯坦电梯中开展原子干涉测量，实现了微重力下的高灵敏度加速度探测与长期稳定运行，为相关研究和太空任务筹备提供了新平台。
Defect-Suppressed Atomic Crystals in an Optical Lattice
我们提出了一种相干滤波方案，通过绝热传递将选定数目的原子转移到不同的内态，从而大大减少了光晶格中原子的占位数缺陷。随着超晶格的加入，有可能设计出每个位置（原子晶体）具有特定数量原子的状态，这是量子计算和实现凝聚态物理模型所必需的，包括掺杂和空间模式。相同的技术可以用于测量两体空间关联函数。我们用一个方案来说明这些想法，该方案研究了在光晶格中从简并费米气体产生具有选定填充因子的BCS态。
Quantum noise limited interferometric measurement of atomic noise: towards spin squeezing on the Cs clock transition
本文从理论和实验上研究了激光冷却和囚禁原子系综态布居的非破坏性干涉测量。这项研究是一个步骤的产生（伪）自旋压缩的冷原子的目标是提高铯原子钟的性能超过限制所设定的量子投影噪声的原子。计算了近共振光探测脉冲通过冷133 Cs原子云时的相移和量子噪声。分析了集体赝自旋量子非破坏（QND）测量的优值，指出它可以简单地表示为系综光密度与非共振探测光引起的自发发射的脉冲积分速率的乘积.在此基础上，我们提出了一个协议，所需的操作序列，以产生和利用自旋压缩的改进原子钟的性能，通过对探测光的QND测量。在实验部分，我们证明了原子布居的干涉测量可以达到N_at冷原子云中N_at ^1/2量级的灵敏度，这是理论分析方案实验实现的重要基准。
An atomic Hong-Ou-Mandel experiment
著名的洪、欧、曼德尔（HOM）效应是两粒子干涉的最简单的例证之一，在量子领域是独一无二的。在最初的实验中，观察到同时到达分束器输入通道的两个光子总是在其中一个输出通道中一起出现。在这里，我们报告了一个非常类似的实验，用原子而不是光子。这打开了测试贝尔不等式的前景，涉及大质量粒子的机械可观测量，如动量，使用量子光学启发的方法，着眼于量子到经典跃迁的理论。我们的工作还展示了一种新的方法来产生和基准的双原子对，可能是感兴趣的量子信息处理和量子模拟。
Experimenting an optical second with strontium lattice clocks
实现SI秒的进展产生了多方面的技术影响，并进一步限制了基础物理学的理论模型。铯原子的微波喷泉，根据其目前的定义，最好实现秒，相对不确定度为2- 4 × 10 ^（-16），已经被以光学跃迁为参考的原子钟所取代，原子钟更稳定，更精确。我们准备好接受第二个的新定义了吗？在这里，我们向这个方向迈出了重要的一步：我们的五个时钟系统以前所未有的一致性连接了光学和微波世界。两个最先进的锶光晶格钟首次被证明在其精度预算范围内一致，总不确定度为1.6 × 10 ^（-16）。它们与三个独立的铯喷泉的比较表明，由于微波定义的秒的最佳实现，它们的再现性仅限于3.1 × 10 ^（-16）的水平。
In this paper we report the evaluation of an optical lattice clock based on neutral mercury down to a relative uncertainty of $1.7\times 10^{-16}$. Comparing this characterized frequency standard to a Cs atomic fountain we determine the absolute frequency of the $^1S_0 \rightarrow \phantom{}^3P_0$ transition of $^{199}$Hg as $ν_{\mathrm{Hg}} = 1 128\,575\,290\,808\,154.62\,$Hz $\pm\,0.19\,$Hz (statistical) $\pm\,0.38\,$Hz (systematic), limited solely by the realization of the SI second. Furthermore, by comparing the mercury optical lattice clock to a Rb atomic fountain, we determine for the fi…
Atomic gravimeter robust to environmental effects
本文提出一种光学晶格原子重力仪，利用F=3,4超精细基态原子作为共磁强计，实现对倾斜、强磁场及振动的强鲁棒性，并在紧凑结构中达到0.7 mGal/√Hz灵敏度。
Dissipative dynamics of atomic Hubbard models coupled to a phonon bath: Dark state cooling of atoms within a Bloch band of an optical lattice
分析了光晶格最低布洛赫带原子的激光辅助共振冷却方案。该方案借鉴了子反冲激光冷却的思想，在晶格中的原子耦合到BEC库的新环境中实施它们。在该方案中，布洛赫带之间的原子激发取代了正常激光冷却中原子的内部结构，光子的自发发射被BEC库中激发的产生所取代。我们分析了许多玻色子和费米子的冷却过程，并获得了可能的温度对应于我们的模型中的布洛赫带宽的一小部分。这个系统可以看作是一个多体开放量子系统的新实现。
Ultracold atomic gases in optical lattices: mimicking condensed matter physics and beyond
本文综述了光晶格中超冷原子和分子气体物理的最新进展。这样的系统几乎是各种哈伯德模型的完美实现，因此可以很好地模拟凝聚态现象。我们展示了这些系统如何被用作量子模拟器来回答凝聚态物质甚至高能物理的一些具有挑战性的开放问题。在简短介绍了这些系统的模型和处理方法之后，我们详细讨论了凝聚态物理的挑战可以通过以下方式来解决：（i）无序超冷晶格气体，（ii）受抑超冷气体，（iii）旋量晶格气体，（iv）“人工”磁场中的晶格气体，以及最后但并非最不重要的（v）晶格气体中的量子信息处理。为了完整性，还将讨论与捕获冷气体的上述主题相关的一些最新进展。
We numerically demonstrate atomic Fabry-Perot resonances for a pulsed interacting Bose-Einstein condensate (BEC) source transmitting through double Gaussian barriers. These resonances are observable for an experimentally-feasible parameter choice, which we determined using a previously-developed analytical model for a plane matter-wave incident on a double rectangular barrier system. By simulating an effective one-dimensional Gross-Pitaevskii equation, we investigate the effect of atom number, scattering length, and BEC momentum width on the resonant transmission peaks. For $^{85}$Rb atomic so…
Atomic clocks can measure the gravitational redshift predicted by general relativity with great accuracy and for height differences as little as 1 cm. All existing experiments, however, involve the comparison of two independent clocks at different locations rather than a single clock in a delocalized quantum superposition. Here we present an interferometry scheme employing group-II-type atoms, such as Sr or Yb, capable of measuring the gravitational time dilation in a coherent superposition of atomic wave packets at two different heights. In contrast to other recent proposals, there is no need…
We compare two optical clocks based on the $^2$S$_{1/2}(F=0)\to {}^2$D$_{3/2}(F=2)$ electric quadrupole (E2) and the $^2$S$_{1/2}(F=0)\to {}^2$F$_{7/2}(F=3)$ electric octupole (E3) transition of $^{171}$Yb$^{+}$ and measure the frequency ratio $ν_{\mathrm{E3}}/ν_{\mathrm{E2}}=0.932\,829\,404\,530\,965\,376(32)$. We determine the transition frequency $ν_{E3}=642\,121\,496\,772\,645.10(8)$ Hz using two caesium fountain clocks. Repeated measurements of both quantities over several years are analyzed for potential violations of local position invariance. We improve by factors of about 20 and 2 the…
Compact Frequency Standard Based on an Intra-cavity Sample Cold Cesium Atoms
我们已经证明了基于冷铯原子样品的紧凑频率标准的可能性。在圆柱形微波腔中，原子在自由膨胀期间被冷却和询问，然后被检测到。这个实验的操作与传统的原子喷泉不同，因为所有的步骤都是在空间的同一位置顺序进行的。在这篇论文中，我们对观测到的一个拉姆齐图样进行了分析，该图样的线宽为47 Hz，积分时间超过100 s时的稳定性为5 × 10 ^-13。分析了该标准的一些主要局限性。本报告表明，我们以前的工作（S。T. Muller等人，J. Opt. Soc. Am. B，v.25，p.909，2008），其中原子在自由空间中而不是在微波腔中。
Bloch Oscillations Along a Synthetic Dimension of Atomic Trap States
首次实验实现极长且可控的原子谐振阱态合成维度，通过动态调制阱势引发布洛赫振荡，为高维拓扑物理探索奠定基础。
Combined quantum state preparation and laser cooling of a continuous beam of cold atoms
为了制备处于同一量子基态的冷铯原子，我们在连续原子喷泉上采用双激光光泵浦。第一激光激发F=4基态以将原子泵向F=3，而第二pi偏振激光激发D2线的F=3 -> F '= 3跃迁以产生朝向m=0的塞曼泵激。为了避免陷阱状态，我们在2D光晶格几何结构中实现第一激光器，从而产生偏振梯度。当光晶格激光器在D2线的F=4 -> F '= 4和F=4 -> F'= 5跃迁之间调谐时，这种配置具有同时产生西西弗斯冷却的优点，这对于去除由光泵浦产生的热是重要的。第二π偏振激光器的频率失谐揭示了一种新机制的作用，该机制提高了激光冷却和态制备效率。这种机制的物理解释进行了讨论。
Topological atom optics and beyond with knotted quantum wavefunctions
本研究在自旋玻色-爱因斯坦凝聚体中实验创造了具有非平庸拓扑的打结量子波函数，通过协调轨道与自旋旋转设计离散对称性，形成环面结等结构，揭示了多组分原子系统与矢量光场在拓扑和对称性上的联系，实现了拓扑原子光学。
A Bright Solitonic Matter-Wave Interferometer
我们首次实现了一个孤子原子干涉仪。将铷-85的$1\times10^4$原子的玻色-爱因斯坦凝聚体加载到水平光波导中。通过使用费什巴赫共振，将$^{85}$ Rb原子的$s$ -波散射长度调谐到小的负值。这种吸引力原子相互作用平衡了固有的物质波色散，产生了明亮的孤子物质波。马赫-曾德干涉仪通过使用与波导共线的光晶格驱动布拉格跃迁来构造。物质波的传播和干涉条纹的可见性进行了比较，在一个范围内的$s$ -波散射值，包括排斥，吸引力和非相互作用的值。孤立物质波被发现显着增加条纹能见度，即使与非相互作用的云。
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