Descripción del proyecto
Estudio de iones altamente cargados y muy compactos para conocer la materia oscura
Cuando se eliminan uno o más electrones de un átomo, el resto es atraído con más fuerza hacia el núcleo. Los iones altamente cargados son un caso extremo en el que los electrones de valencia están unidos con una fuerza varios órdenes de magnitud mayor de lo normal, lo que los hace menos vulnerables a la influencia externa y posiblemente valiosos para relojes atómicos de alta precisión y aplicaciones de información cuántica. También son sistemas perfectos para estudiar la física básica de los sistemas atómicos en condiciones extremas y para examinar la física más allá del modelo estándar. En el proyecto FunClocks, financiado con fondos europeos, se llevará a cabo una espectroscopia de reloj óptico de alta precisión en iones altamente cargados, lo que podría revelar una nueva física y profundizar en la comprensión de la materia oscura.
Objetivo
Precision spectroscopy of highly charged ions (HCI) provides insight into atomic systems in which electrons are highly correlated, strongly relativistic, and experience strong internal fields. Thus, HCI are excellent systems to probe and refine our understanding of physics under these extreme conditions. They are the most sensitive known atomic species to probe for possible changes in fundamental constants and offer advantageous properties to study coupling of hypothetical dark matter fields to normal matter. For these applications, high-precision optical spectroscopy of HCI is required. In the past, the spectroscopic resolution of optical transitions in HCI was limited by Doppler-broadening to hundreds of megahertz. We have recently demonstrated the first hertz-level laser spectroscopy of an optical fine-structure transition in highly charged argon using sympathetic cooling and quantum logic with a co-trapped logic ion in a Paul trap, improving the spectroscopic precision by nine orders of magnitude compared to the previous state-of-the-art. Here, we propose to further develop quantum techniques for controlling HCI and to push spectroscopic resolution in order to realise next generation optical clocks based on promising reference transitions in HCI. We will employ these novel types of optical clocks to advance our understanding of atomic structure and to probe for physics beyond the standard model. Sub hertz-level isotope shift spectroscopy of highly charged calcium ions will be performed to improve current bounds on hypothetical fifth forces that couple neutrons and electrons. Furthermore, we will perform optical clock-type spectroscopy on HCI that offer up to a 20-fold higher sensitivity to a possible change in the fine-structure constant and a non-gravitational coupling between dark matter and normal matter than existing clocks. Through frequency comparisons with other clocks, we will improve bounds on these new physics effects.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-ADG - Advanced GrantInstitución de acogida
38116 Braunschweig
Alemania