Light ion sympathetic cooling for precision measurements
用于精密测量的轻离子交感冷却
基本信息
- 批准号:243571260
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2013
- 资助国家:德国
- 起止时间:2012-12-31 至 2016-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In the last two decades, spectacular advances have been made in the quantum state control of ions confined in radiofrequency traps. Methods have been developed for laser cooling of the external motion down to the vibrational ground-state. Sympathetic cooling extended these techniques to many atomic and molecular species that cannot be directly laser cooled. Progress in ion transport allows performing each task in a separate, specifically optimized trap. As a result, trapped ions now represent one of the most advanced systems in the fields of quantum information and high precision measurements. This project aims at overcoming two important open questions of these techniques, which are still preventing investigation of highly interesting light ion species. Firstly, the above results were obtained with ions directly created inside the trap by electron impact or photo-ionization. However, many species such as antimatter ions, state-selected molecular ions, or highly charged ions are produced in external sources. We plan to develop a universal setup for transport, capture, and cooling of externally produced ions. The second challenge comes from the sympathetic cooling process, which becomes less efficient as the difference between the charge-to-mass (q/m) ratios of the laser-cooled and sympathetically cooled species increases, both for Doppler and ground-state cooling. We will experimentally investigate sympathetic cooling dynamics in the regime of high q/m differences, and develop cooling methods and trap geometries specifically adapted to this case. The first application is the GBAR project accepted by CERN in 2012; it concerns the first test of the equivalence principle with antimatter, through a free-fall experiment on neutral antihydrogen atoms. Both partners of the present project are among the 14 members of this international collaboration, and are involved in a key step: ground-state cooling of an antihydrogen positive ion in a Hbar+/Be+ ion pair. Our objective is to deliver the core of the GBAR experiment, complete setup for Hbar+ capture and cooling, tested with H+ ions before final assembly in 2017 at CERN. The second application is spectroscopy of state-selected cold H 2+ ions, that will result in a new determination of the proton-to-electron mass ratio.The BESCOOL project will provide novel and universal instrumentation for future spectroscopic applications and fundamental tests using light atomic and molecular ions. Among the exciting prospects is laser spectroscopy of highly charged ions for tests of quantum electrodynamics, quantum logic clock applications, and studies on time variations of fundamental constants.
在过去的二十年里,在射频阱中离子的量子态控制方面取得了惊人的进展。 已经开发出将外部运动激光冷却到振动基态的方法。交感冷却将这些技术扩展到许多不能直接激光冷却的原子和分子物种。离子传输的进展允许在单独的、专门优化的阱中执行每个任务。因此,捕获离子现在代表了量子信息和高精度测量领域中最先进的系统之一。该项目旨在克服这些技术的两个重要的开放性问题,这仍然阻碍了对非常有趣的轻离子物种的研究。首先,上述结果是通过电子碰撞或光电离在阱内直接产生的离子获得的。 然而,许多种类,如反物质离子,状态选择的分子离子,或高电荷的离子是在外部源中产生的。 我们计划开发一种通用的装置,用于运输、捕获和冷却外部产生的离子。第二个挑战来自交感冷却过程,随着激光冷却和交感冷却物质的荷质比(q/m)之间的差异增加,无论是多普勒冷却还是基态冷却,交感冷却过程的效率都会降低。我们将通过实验研究高q/m差异制度中的交感冷却动力学,并开发专门适用于这种情况的冷却方法和陷阱几何形状。第一个应用是欧洲核子研究中心(CERN)于2012年接受的GBAR项目;它涉及通过中性反氢原子的自由落体实验对反物质等效原理的首次测试。 本项目的两个合作伙伴都是这项国际合作的14个成员之一,并参与了一个关键步骤:Hbar+/Be+离子对中反氢正离子的基态冷却。我们的目标是提供GBAR实验的核心,Hbar+捕获和冷却的完整设置,在2017年CERN最终组装之前用H+离子进行测试。第二个应用是冷H2+离子的光谱学,这将导致一种新的质子-电子质量比的测定,BESCOOL项目将为未来的光谱学应用和使用轻原子和分子离子的基础测试提供新颖和通用的仪器。 其中令人兴奋的前景是高电荷离子的激光光谱学,用于量子电动力学测试,量子逻辑时钟应用,以及基本常数随时间变化的研究。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Visibility of Young's Interference Fringes: Scattered Light from Small Ion Crystals.
杨氏干涉条纹的可见性:小离子晶体的散射光
- DOI:10.1103/physrevlett.116.183002
- 发表时间:2016
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Sebastian Wolf;Julian Wechs;Joachim von Zanthier;Ferdinand Schmidt-Kaler
- 通讯作者:Ferdinand Schmidt-Kaler
Preparing single ultra-cold antihydrogen atoms for free-fall in GBAR
制备单个超冷反氢原子以在 GBAR 中自由落体
- DOI:10.1142/s2010194514602695
- 发表时间:2014
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:L. Hilico;J.-Ph. Karr;A. Douillet;P. Indelicato;S. Wolf;F. Schmidt Kaler
- 通讯作者:F. Schmidt Kaler
Towards a test of the weak equivalence principle of gravity using anti-hydrogen at CERN
在 CERN 使用反氢测试重力弱等效原理
- DOI:10.1109/cpem.2016.7540781
- 发表时间:2016
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:D. Banerjee (GBAR collaboration)
- 通讯作者:D. Banerjee (GBAR collaboration)
The Gbar project, or how does antimatter fall?
Gbar项目,或者说反物质是如何坠落的?
- DOI:10.1007/s10751-014-1019-6
- 发表时间:2014
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Indelicato P
- 通讯作者:Indelicato P
Efficient and robust photo-ionization loading of beryllium ions
- DOI:10.1007/s00340-018-6903-3
- 发表时间:2017-11
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:S. Wolf;D. Studer;K. Wendt;F. Schmidt-Kaler
- 通讯作者:S. Wolf;D. Studer;K. Wendt;F. Schmidt-Kaler
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Professor Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler其他文献
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