Descrizione del progetto
Approfondire gli ioni molto compatti a carica elevata per trovare indizi sulla materia oscura
Quando si rimuovono uno o più elettroni da un atomo, quelli rimanenti vengono spinti più fortemente verso il nucleo. Gli ioni ad alta carica rappresentano un caso estremo in cui gli elettroni di valenza sono legati alcuni ordini di grandezza più fortemente rispetto al solito, il che li rende meno vulnerabili all’influenza esterna e potenzialmente preziosi per applicazioni di orologi atomici ad alta precisione e informazioni quantistiche. Essi sono inoltre sistemi eccellenti per studiare la fisica fondamentale dei sistemi atomici in condizioni estreme di tal genere, nonché per approfondire la fisica al di là del modello standard. Il progetto FunClocks, finanziato dall’UE, effettuerà una spettroscopia ottica di orologio sugli ioni a carica elevata che potrebbe svelare una nuova fisica e migliorare la nostra comprensione della materia oscura.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-ADG - Advanced GrantIstituzione ospitante
38116 Braunschweig
Germania