Description du projet
Sonder des ions fortement chargés et très compacts pour détecter la matière noire
Lorsqu’un ou plusieurs électrons sont arrachés d’un atome, les électrons restants sont plus fortement attirés vers le noyau. Les ions fortement chargés (HCI) constituent un cas extrême où les électrons de valence sont liés de façon beaucoup plus étroite que d’habitude, ce qui les rend moins vulnérables aux influences extérieures et potentiellement utiles pour les horloges atomiques de haute précision et les applications d’information quantique. Ce sont également d’excellents systèmes permettant d’étudier la physique fondamentale des systèmes atomiques dans des conditions aussi extrêmes et d’explorer la physique au-delà du modèle standard. Le projet FunClocks, financé par l’UE, réalisera une spectroscopie d’horloge optique de haute précision sur les HCI, susceptible de révéler une nouvelle physique et d’approfondir notre compréhension de la matière noire.
Objectif
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.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-ADG - Advanced GrantInstitution d’accueil
38116 Braunschweig
Allemagne