Kietoutumistehostettu testiehdotus paikalliselle Lorentz-symmetrian rikkomiselle spinoriatomien kautta

Aikaleima: 14. marraskuuta 2022 8
Lähdesolmu: 1755471

Min Zhuang1, Jiahao Huang2,3ja Chaohong Lee1,2,3

1Fysiikan ja optoelektroniikan korkeakoulu, Shenzhenin yliopisto, Shenzhen 518060, Kiina
2Guangdongin maakunnan kvanttimetrologian ja sensorin avainlaboratorio & fysiikan ja tähtitieteen laitos, Sun Yat-Senin yliopisto (Zhuhain kampus), Zhuhai 519082, Kiina
3Optoelektronisten materiaalien ja teknologian valtion avainlaboratorio, Sun Yat-Sen -yliopisto (Guangzhoun kampus), Guangzhou 510275, Kiina

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Invarianssi Lorentzin muunnoksissa on perustavanlaatuinen sekä standardimallille että yleiselle suhteellisuusteorialle. Lorentz-symmetriarikkomusten (LSV) testaus atomijärjestelmien kautta herättää laajaa kiinnostusta sekä teoriassa että kokeessa. Useissa testiehdotuksissa LSV-rikkomusvaikutukset kuvataan paikallisena vuorovaikutuksena ja vastaava testitarkkuus voi saavuttaa asymptoottisesti Heisenbergin rajan lisääntyvän kvantti-Fisher-informaation (QFI) kautta, mutta kollektiivisten havaintojen rajallinen resoluutio estää suurten QFI:n havaitsemisen. Tässä ehdotamme monimuotoista monikappalekvanttiinterferometriaa LSV-parametrin $kappa$ testaamiseksi spinoriatomien joukon kautta. Käyttämällä $N$-atomin monimuotoista GHZ-tilaa testitarkkuus voi saavuttaa Heisenbergin rajan $Delta kappa propto 1/(F^2N)$ spinpituudella $F$ ja atominumerolla $N$. Löydämme realistisen havaittavan (eli käytännön mittausprosessin) äärimmäisen tarkkuuden saavuttamiseksi ja analysoimme LSV-testin kokeellisesti saatavilla olevan kolmimoodin interferometrian avulla esimerkiksi Bosen kondensoiduilla spin-$1$ atomeilla. Valitsemalla sopivat syöttötilat ja yhtenäinen rekombinaatiooperaatio, LSV-parametri $kappa$ voidaan poimia toteutettavan populaatiomittauksen avulla. Erityisesti LSV-parametrin $kappa$ mittaustarkkuus voi ylittää standardin kvanttirajan ja jopa lähestyä Heisenbergin rajaa spin-sekoitusdynamiikan tai kvanttivaihemuutosten läpi ajamisen avulla. Lisäksi järjestelmä on kestävä ei-diabaattista vaikutusta ja tunnistuskohinaa vastaan. Testaussuunnitelmamme voi avata toteuttamiskelpoisen tavan parantaa LSV-testejä atomijärjestelmillä ja tarjota vaihtoehtoisen sovelluksen monihiukkasille sotkeutuneille tiloille.

Suosittu yhteenveto

Invarianssi Lorentzin muunnoksissa on perustavanlaatuinen sekä standardimallille että yleiselle suhteellisuusteorialle. Lorentz-symmetriarikkomusten (LSV) testaus atomijärjestelmien kautta herättää laajaa kiinnostusta sekä teoriassa että kokeessa. Tässä ehdotamme monimuotoista monikappalekvanttiinterferometriaa LSV-parametrin testaamiseksi spinoriatomien joukon kautta. Käyttämällä N-atomin monimuotoista GHZ-tilaa testin tarkkuus voi saavuttaa Heisenbergin rajan. Löydämme realistisen havainnoitavan (eli käytännön mittausprosessin) äärimmäisen tarkkuuden saavuttamiseksi ja analysoimme LSV-testin kokeellisesti saatavilla olevan kolmimoodin interferometrian avulla esimerkiksi Bosen kondensoiduilla spin-1-atomeilla. Valitsemalla sopivat syöttötilat ja yhtenäinen rekombinaatiooperaatio, LSV-parametri voidaan poimia toteutettavissa olevan populaatiomittauksen avulla. Erityisesti LSV-parametrin mittaustarkkuus voi ylittää standardin kvanttirajan ja jopa lähestyä Heisenbergin rajaa spin-sekoitusdynamiikan tai kvanttivaihemuutosten läpi ajamisen avulla. Lisäksi järjestelmä on kestävä ei-diabaattista vaikutusta ja tunnistuskohinaa vastaan. Testaussuunnitelmamme voi avata toteuttamiskelpoisen tavan parantaa LSV-testejä atomijärjestelmillä ja tarjota vaihtoehtoisen sovelluksen monihiukkasille sotkeutuneille tiloille.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] CW Misner, KS Thorne ja JA Wheeler, Gravitation (Freeman, San Francisco, 1970).
https://​/​doi.org/​10.1002/​asna.19752960110

[2] D. Mattingly, Living Rev. Relativity 8, 5 (2005).
https: / / doi.org/ 10.12942 / lrr-2005-5

[3] S. Liberati ja L. Maccione, Annu. Rev. Nucl. Osa. Sci. 59, 245 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1146/​annurev.nucl.010909.083640

[4] S. Liberati, luokka. Quantum Gravity 30, 133001 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0264-9381/​30/​13/​133001

[5] JD Tasson, Rep. Prog. Phys. 77, 062901 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​77/​6/​062901

[6] M. Pospelov, Y. Shang, Phys. Rev. D 85, 105001 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.85.105001

[7] VA Kostelecký ja N. Russell, Rev. Mod. Phys. 83, 11 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.11

[8] VA Kostelecký ja R. Potting, Phys. Rev. D 51, 3923 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.51.3923

[9] D. Colladay ja VA Kostelecký, Phys. Rev. D 55, 6760 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.55.6760

[10] D. Colladay ja VA Kostelecký, Phys. Rev. D 58, 116002 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.58.116002

[11] VA Kostelecký, Phys. Rev. D 69, 105009 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.69.105009

[12] VA Kostelecký ja JD Tasson, Phys. Rev. D 83, 016013 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.83.016013

[13] P. Hořava, Phys. Rev. D 79, 084008 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.79.084008

[14] VA Kostelecký ja S. Samuel, Phys. Rev. D 39, 683 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.39.683

[15] R. Gambini ja J. Pullin, Phys. Rev. D 59, 124021 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.59.124021

[16] SG Nibbelink, M. Pospelov, Phys. Rev. Lett. 94, 081601 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.081601

[17] MR Douglas ja NA Nekrasov, Rev. Mod. Phys. 73, 977 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.73.977

[18] O. Bertolami, R. Lehnert, R. Potting ja A. Ribeiro, Phys. Rev. D 69, 083513 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.69.083513

[19] RC Myers ja M. Pospelov, Phys. Rev. Lett. 90, 211601 2003 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.211601

[20] MS Safronova, D. Budker, D. DeMille, DFJ Kimball, A. Derevianko ja CW Clark, Rev. Mod. Phys. 90, 025008 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.025008

[21] MA Hohensee, N. Leefer, D. Budker, C. Harabati, VA Dzuba ja V. V. Flambaum, Phys. Rev. Lett. 111, 050401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.050401

[22] T. Pruttivarasin, M. Ramm, SG Porsev, I. Tupitsyn, MS Safronova, MA Hohensee ja H. Häffner, Nature (Lontoo) 517, 592 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature14091

[23] VA Dzuba, VV Flambaum, MS Safronova, SG Porsev, T. Pruttivarasin, MA Hohensee ja H. Häffner, Nat. Phys 12, 465 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3610

[24] R. Shaniv, R. Ozeri, MS Safronova, SG Porsev, VA Dzuba, VV Flambaum ja H. Häffner, Phys. Rev. Lett. 120, 103202 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.103202

[25] VA Kostelecký, C. Lane, Phys. Rev. D 60, 116010 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.60.116010

[26] L. Li, X. Li, B. Zhang ja L. You, Phys. Rev. A 99, 042118 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042118

[27] VA Kostelecký ja CD Lane, J. Math. Phys. (NY) 40, 6245 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1063 / +1.533090

[28] JJ Bollinger, WM Itano ja DJ Wineland, Phys. Rev. A 54, R4649 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.R4649

[29] T. Monz, P. Schindler, JT Barreiro, M. Chwalla, D. Nigg, WA Coish, M. Harlander, W. Hänsel, M. Hennrich ja R. Blat, Phys. Rev. Lett. 106, 130506 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.130506

[30] J. Huang, X. Qin, H. Zhong, Y. Ke ja C. Lee, Sci. Rep. 5, 17894 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep17894

[31] C. Lee, Phys. Rev. Lett. 97, 150402 2006 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.150402

[32] C. Lee, Phys. Rev. Lett. 102, 070401 2009 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.070401

[33] SD Huver, CF Wildfeuer ja JP Dowling, Phys. Ilm. A 78, 063828 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.063828

[34] C. Lee, J. Huang, H. Deng, H. Dai ja J. Xu, Front. Phys. 7, 109 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11467-011-0228-6

[35] Y. Kawaguchia, M. Ueda, Phys. Rep. 520, 253 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2012.07.005

[36] M. Zhuang, J. Huang ja C. Lee, Phys. Rev. A. 98, 033603 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.033603

[37] SC Burd, R. Srinivas, JJ Bollinger, AC Wilson, DJ Wineland, D. Leibfried, DH Slichter, DTC Allcock, Science 364, 1163 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aaw2884

[38] D. Linnemann, H. Strobel, W. Muessel, J. Schulz, RJ Lewis-Swan, KV Kheruntsyan ja MK Oberthaler, Phys. Rev. Lett. 117, 013001 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.013001

[39] O. Hosten, R. Krishnakumar, NJ Engelsen, MA Kasevich, Science 352, 6293 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aaf3397

[40] SS Mirkhalaf, SP Nolan ja SA Haine, Phys. Rev. A 97, 053618 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.053618

[41] F. Fröwis, P. Sekatski ja W. Dür, Phys. Rev. Lett. 116, 090801 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.090801

[42] SS Szigeti, RJ Lewis-Swan ja SA Haine, Phys. Rev. Lett. 118, 150401 2017 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.150401

[43] J. Huang, M. Zhuang, B. Lu, Y. Ke ja C. Lee, Phys. Rev. A 98, 012129 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.012129

[44] J. Huang, M. Zhuang ja C. Lee, Phys. Rev. A 97, 032116 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.032116

[45] F. Anders, L. Pezzè, A. Smerzi ja C. Klempt, Phys. Rev. A 97, 043813 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.043813

[46] T. Jacobson, arXiv:0801.1547 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812779519_0014
arXiv: 0801.1547

[47] D. Blas, O. Pujolàs ja S. Sibiryakov, Phys. Rev. Lett 104, 181302 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.181302

[48] AA Ungar, Symmetry 12, 1259 (2020).
https://​/​doi.org/​10.3390/​sym12081259

[49] TP Heavner, SR Jefferts, EA Donley, JH Shirley ja TE Parker, Metrologia 42, 411 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0026-1394/​42/​5/​012

[50] S. Weyers, V. Gerginov, N. Nemitz, R. Li ja K. Gibble, Metrologia 49, 82 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0026-1394/​49/​1/​012

[51] B. Wu, ZY Wang, B. Cheng, QY Wang, AP Xu ja Q. Lin, J. Phys. B: klo. Mol. Valita. Phys. 47, 015001 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​47/​1/​015001

[52] EB Alexandrov, Phys. Scr., 2003, 27 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1238 / Physica.Topical.105a00027

[53] SJ Seltzer, PJ Meares ja MV Romalis, Phys. Rev. A 75, 051407(R) (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.051407

[54] K. Jensen, VM Acosta, JM Higbie, MP Ledbetter, SM Rochester ja D. Budker, Phys. Rev. A 79, 023406 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.023406

[55] G. Tóth ja I. Apellaniz, J. Phys. V: Matematiikka. Theor. 47, 424006 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424006

[56] R. Demkowicz-Dobrzański, M. Jarzyna ja J. Kolodyński, Progress in Optics, toimittanut E. Wolf (Elsevier, osa 60, 2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / bs.po.2015.02.003

[57] L. Pezzé ja A. Smerzi, Phys. Tohtori Lett. 102, 100401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.100401

[58] P. Hyllus, L. Pezzé ja A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 105, 120501 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.120501

[59] J. Huang, S. Wu, H. Zhong ja C. Lee, Annu. Rev. Kylmä klo. Mol. 2, 365 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789814590174_0007

[60] SL Braunstein ja CM-luolat, Phys. Tohtori Lett. 72, 3439 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.72.3439

[61] V. Giovannetti, S. Lloyd ja L. Maccone, Science 306, 1330 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1104149

[62] V. Giovannetti, S. Lloyd ja L. Maccone, Nature Photon 5, 222 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2011.35

[63] JG Bohnet, BC Sawyer, JW Britton, MLWall, AM Rey, M. Foss-Feig ja JJ Bollinger, Science 352, 1297 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aad9958

[64] Z. Zhang ja L.-M. Duan, Phys. Rev. Lett. 111, 180401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.180401

[65] Y. Zou, L. Wu, Q. Liu, X. Luo, S. Guo, J. Cao, M. Tey ja L. You, Proc Natl Acad Sci USA 201, 7151 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1715105115

[66] X. Luo, Y. Zou, L. Wu, Q. Liu, M. Han, M. Tey ja L. You, Science 355, 620 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aag1106

[67] S. Guo, F. Chen, Q. Liu, M. Xue, J. Chen, J. Cao, T. Mao, MK Tey ja L. You, Phys. Rev. Lett. 126, 060401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.060401

[68] DM Stamper-Kurn ja M. Ueda, Rev. Mod. Phys. 85, 1191 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.85.1191

[69] M. Gabbrielli, L. Pezzè ja A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 115, 163002 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.163002

[70] T. Ho, Phys. Rev. Lett. 81, 742 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.742

[71] T. Ohmi ja K. Machida, J. Phys. Soc. Jpn. 67, 1822 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.67.1822

[72] E. Davis, G. Bentsen ja M. Schleier-Smith, Phys. Rev. Lett. 116, 053601 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.053601

[73] T. Macrì, A. Smerzi ja L. Pezzè, Phys. Rev. A 94, 010102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.010102

[74] SP Nolan, SS Szigeti ja SA Haine, Phys. Rev. Lett. 119, 193601 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.193601

[75] L. Pezzé ja A. Smerzi, Phys. Tohtori Lett. 110, 163604 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.163604

[76] M. Zhuang, J. Huang ja C. Lee, Phys. Rev. Applied 16, 064056 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.16.064056

[77] H. Xing, A. Wang, QS Tan, W. Zhang ja S. Yi, Phys. Rev. A 93, 043615 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.043615

Viitattu

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2022-11-14 13:13:07: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2022-11-14-859 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin. Päällä SAO: n ja NASA: n mainokset tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2022-11-14 13:13:08).

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal