Opis projektu
Badanie wysoce naładowanych i bardzo zwartych jonów daje wgląd w ciemną materię
W przypadku usunięcia jednego lub kilku elektronów z atomu zwiększa się siła przyciągania pozostałych atomów w kierunku jądra. Wysoce naładowane jony są skrajnym tego przykładem – elektrony walencyjne są związane o całe rzędy wielkości silniej niż normalnie, co czyni je mniej podatnymi na oddziaływania zewnętrzne i potencjalnie zwiększa ich znaczenie dla zastosowań z zakresu informacji kwantowej czy budowy niezwykle precyzyjnych zegarów atomowych. Są również doskonałymi układami do badania zjawisk z zakresu fizyki podstawowej zachodzących w układach atomowych w takich ekstremalnych warunkach, jak i zjawisk wykraczających poza model standardowy. Naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu FunClocks zbadają wysoce naładowane jony, wykorzystując do tego celu wysoce precyzyjną spektroskopię z dowiązaniem do optycznego zegara atomowego, aby odkryć zjawiska z zakresu nowej fizyki i pogłębić nasze rozumienie ciemnej materii.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
38116 Braunschweig
Niemcy