Оптические часы на нейтральных атомах тулия

А. А. Головизин¹, Д. О. Трегубов¹, Д. А. Мишин¹, Д. И. Проворченко¹, В. Н. Сорокин¹, К. Ю. Хабарова^1,2, Н. Н. Колачевский^1,2

¹ФИАН, г. Москва, Россия

²Российский квантовый центр, г. Москва, Россия

Оптические часы демонстрируют полную систематическую погрешность и стабильность частоты, на два порядка превосходящую микроволновые стандарты. Наряду с совершенствованием оптических часов на основе нейтральных атомов стронция, атомов и ионов иттербия и др. ведется активный поиск новых атомных систем и протоколов измерения, позволяющих уменьшить чувствительность частоты часового перехода к внешним факторам.

В лаборатории Оптики сложных квантовых систем ФИАН мы занимаемся созданием оптических часов на нейтральных атомах тулия. Часовой переход в тулии на длине волны 1.14 мкм происходит внутри 6f электронной оболочки, поэтому он хорошо экранирован от внешних электрических полей. Вследствие этого сдвиг частоты тепловым излучением окружения составляет 2.3(1.1)×10^-18 [1], что значительно меньше чем у других нейтральных атомов и ряда ионов. Помимо этого, продемонстрированный нами подход использования синтетической частоты (на основе опроса двух компонент часового перехода) позволяет полностью устранить квадратичный Зеемановский сдвиг [2]. В результате, полный систематический сдвиг частоты часового перехода в атомах тулия ожидается на уровне ниже 10^-17, что делает его особенно перспективным для создания транспортируемых оптических часов.

Работа была выполнена при поддержке гранта РНФ №19-12-00137.

Литература

1. Golovizin A., Fedorova E., Tregubov D., et al. Inner-shell clock transition in atomic thulium with a small blackbody radiation shift // Nature communication. 2019. Vol. 10. no. 1. P. 1–8.
2. Golovizin A., Tregubov D., Fedodrova E., et al. Extraordinary low systematic frequency shifts in bi-colour thulium optical clock // Preprint arXiv:2102.07468. 2021. 25 p.