1 Н. Колачевский, А. Матвеев, Я. Алнис, К. Партей, Т.В. Хэнш Институт Макса-Планка по квантовой оптике (Гархинг) Поиск дрейфа постоянной тонкой структуры. - презентация

1 1 Н. Колачевский, А. Матвеев, Я. Алнис, К. Партей, Т.В. Хэнш Институт Макса-Планка по квантовой оптике (Гархинг) Поиск дрейфа постоянной тонкой структуры в лаборатории

2 год…

3 3 Лабораторные измерения частот частотные цепочки фемтосек. гребенка

4 4 Группа Т.В. Хэнша Т. В. Хэнш Водород 1S-2S Оптическая гребенка + Менло Системс

5 5 Фундаментальные константы

6 6 … that we know how to calculate: … that we dont know how to caculate: … that invent new units: constants that relate to our units: Types of Constants

7 7 Ур - е Шредингера : Ур - е Шредингера в атомных единицах : Атомные единицы нет параметров в теории ! Необходимо подобрать параметр так, чтобы удовлетворить наблюдениям Ур - е Дирака в атомных единицах : Поправки отдачи + КЭД : Фундаментальные константы в квантовой механике

8 8 Параметры свидетельствуют о нашем неведении. В стандартной модели их 18 штук. Роль параметров в теории

9 9 Насколько фундаментальные константы есть константы

10 10 Фундаментальные константы - Почему у них именно такие значения ? - Не вычисляются Стандартная модель неполна. -Открывают возможность исследовать явления за рамкам и стандартной модели Dirac 1937: Возраст Вселенной в атомных единицах / электромагнитная сила между протоном и электроном в единицах гравитационного взаимодействия есть малая величина ( Дирак полагал 3 в 1937). Любаяконстанта может меняться во времени.

11 11 Возможное происхождение дрейфа Физика Фундаментальные константы БольшойВзрыв Фазовые переходы Расширение Дополнительные размерности размерности

12 12 Эволюция Вселенной

13 13 Поиск дрейфа - высокостабильная величина (безразмерная) например, отношение сечений масс, частот зависит от набора фундаментальных параметров модель

14 14 Поиск дрейфа - высокостабильная величина (безразмерная) например, отношение сечений масс, частот зависит от набора фундаментальных параметров 14 D.Hanneke et al., PRL 100, (2008) величина известна с точностью Чувствительность к дрейфу гораздо выше

15 15 Поиск дрейфа в астрофизике и лаборатории

16 16 Oklo Phenomenon Natural fission 235 U/ 238 U reactor years ago resonance by 0.1 eV A.I. Shlyakhter, Nature (London), 264, 340 (1976) Abundance ratio: (typical) (Oklo) Y.Fujii et al., Nucl. Phys. B, 573, 377 (2000)

17 17 Результаты Keck/HIRES J.K. Webb et al., Phys. Rev. Lett. 87, (2001) время [10 9 год] [10 -5 ] Keck / HIRES (72 системы): MgI, FeI, NiI, MgII, CrII, etc.

18 18 Более современный анализ Murphy et al, 2003: Keck, 143 системы, 23 линии, 0.2

19 19 Атомные спектры Тонкая оптические ПереходМасштаб Оптические Тонкая структура Сверхтонкая структура тонкая оптические ~ 2 M.P. Savedoff, Nature, 178, 689 (1956) сверхт онкие

20 20 Сравнение методов

21 21 Высокая чувствительность к дрейфу(< ) короткие интервалы времени (~10 лет) Воспроизводимость, множество объектов исследования Простой анализ результатов Слабая зависимость от модели Лабораторные эксперименты

22 22 Измерение абсолютной частоты HFS в 133 Cs (секунда СИ) Узкий атомный резонанс Резонатор Оптическая гребенка Лазер

23 23 1S-2S переход в атомном водороде

24 24 Метрология оптических частот

25 25 Лазер с пассивной синхронизацией мод 1 n = n1 r + 1 CE при 1 CE 1 r

26 26 Счетчик оптических циклов 1 n = n1 r + 1 CE Привязка к Cs часам Каждая мода может использоваться Для измерения оптических частот миллион стабилизированных лазеров в одном пучке !

27 27 Преобразование частот I(1)I(1) 1 радиочастота или оптическая частота радиочастота или оптическая частота 1 n = n1 r + 1 CE оптические частоты привязка к Cs радио частота оптическая частота Science 293, 825 (2001) 1 n = n1 r + 1 CE выход часов привязка к лазеру привязка к 1 r оптическая частота радио частота 1 n = n1 r + 1 CE измерение другого лазера привязка к лазеру привязка к 1 r оптическая частота

28 28 Наши инструменты :

29 29 Сверхстабильные лазеры стабилизация Фотодетектор Осциллограф 972 nm

30 30 Оптические резонаторы Горизонтальная ось Вертикальнаяось

31 Приближение к пределу теплового шума

32 32 Спектрометр

33 33 Оптическая гребенка Лазер Первичный стандарт

34 34 BNM-SYRTE, Observatoire de Paris lasers RF computer fountain Цезиевый фонтан

35 35 Сравнение данных гг. в водороде

36 36 Что измеряется в терминах фундаментальных констант ?

37 37 Сравнение частот переходов

38 38 Измерения в водороде и дрейф Измерения в водороде и дрейф дрейф - дрейф магнитного момента y [ yr -1 ] x [ yr -1 ] H J.D. Prestage et al., Phys. Rev. Lett. 74, 3511 (1995). X. Calmet, H. Fritzsch,, Eur. Phys. J. 24, 639 (2002). x [ yr -1 ] y [ yr -1 ]

39 39 Чувствительность к дрейфу Чувствительность к дрейфу ZатомЧастота перехода [Гц] Чувствительн ость к дрейфу 1 H Ca In Yb Hg Изменение Изменение частоты Hg + In + Yb + H Ca H, Ca, In + нерелятивистские переходы Hg +, Yb + наиболее чувствительные переходы S. Karshenboim, Can.J.Phys. 78, 639 (2000); physics/

40 40 Hg + Measurement (NIST) and Drift S.Bize et al., Phys. Rev. Lett. 90, (2003). y [ yr -1 ] x [ yr -1 ] H Hg + (i) Gaussian distribution of data (ii) measurements are independent

41 41 Модельно - независимая оценка

42 42 H (121 нм) Hg + (282 нм) Yb + (435нм) MPQ + NIST + PTB Модельно-независимое ограничение Комбинация лабораторных данных (2003) M. Fischer et al., PRL 92, (2004) 2003:

43 43 MPQ + NIST + PTB Чувствительность выросла на порядок Комбинация лабораторных данных (2007) 2007: Hg: T.M.Fortier PRL 98, (2007) Yb: E.Peik arXiv:physics/ (2006) H: M.Fischer PRL 92, (2004).

44 44 H.Fritzsch Physik Journal 2003 Nr.4 Гипотезы о возможной связи констант в ТО

45 45 Связь с гравитацией. Наблюдение за 87 Sr часами на оптических решетках. JIlA / LNE-SYRTE/Uni Tokio S. Blatt et al., PRL 100, (2008)

46 46 JIlA / LNE-SYRTE/Uni Tokio S. Blatt et al., PRL 100, (2008) 4 Гц 87 Sr Оптические решетки на нейтральных атомах

47 47 JIlA / LNE-SYRTE/Uni Tokio S. Blatt et al., PRL 100, (2008) Движение в меняющемся гравитационном поле

48 48 Шаг вперед : исключить сравнение с Cs стандартом

49 49 Измерения в одной атомной системе (Dy) Berkeley A. Cingöz et al., PRL 98, (2007)

50 50 Experiments in 162 Dy, 163 Dy Вырожденные уровни с различной чувствительностью к измерениям Вырожденные уровни с различной чувствительностью к измерениям A. Cingöz et al., Phys. Rev. Lett. 98, (2007) 3МГц 163 Dy 8 месяцев измерений (Berkeley) см -1

51 51 В PTB планируются измерения в одиночном ионе Yb +. Будет выполнено сравнение частот переходов.

52 52 Прямое сравнение двух оптических частот Hg + и Al + JIlA / NIST T. Rosenband et al. SCIENCE 319, 1808 (2008)

53 53 JIlA / NIST T. Rosenband et al. SCIENCE 319, 1808 (2008) 1 n = n1 r + 1 CE измерение другого лазера привязано к лазеру привязка к 1 r оптика Отношение частот Al + и Hg +

54 54 Магнитный момент ядра Cs T. Rosenband et al. SCIENCE 319, 1808 (2008)

55 55 Перспективы

56 56 Чувствительность к линейному дрейфу Астро физика Лаборатория

57 57 Laser Frequency Combs for Astronomical Observations Image: ESO T. Steinmetz et al, SCIENCE 321, 5894 (2008)

58 58 Laser Frequency Combs for Astronomical Observations T. Steinmetz et al, SCIENCE 321, 5894 (2008)

59 59 Спасибо за внимание !