Door verstrengeling versterkt testvoorstel voor lokale schending van de Lorentz-symmetrie via spinoratomen

Tijdstempel: 14 november 2022 8:11 uur
Bronknooppunt: 1755471

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

1College voor natuurkunde en opto-elektronische techniek, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Metrology and Sensing & School of Physics and Astronomy, Sun Yat-Sen University (Zhuhai Campus), Zhuhai 519082, China
3State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Sun Yat-Sen University (Guangzhou Campus), Guangzhou 510275, China

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Invariantie onder Lorentz-transformaties is fundamenteel voor zowel het standaardmodel als de algemene relativiteitstheorie. Het testen van Lorentz-symmetrie-schending (LSV) via atomaire systemen trekt uitgebreide belangstelling voor zowel theorie als experiment. In verschillende testvoorstellen worden de LSV-overtredingseffecten beschreven als een lokale interactie en de bijbehorende testprecisie kan asymptotisch de Heisenberg-limiet bereiken via toenemende kwantum Fisher-informatie (QFI), maar de beperkte resolutie van collectieve waarneembare gegevens verhindert de detectie van grote QFI. Hier stellen we een multimode kwantuminterferometrie met veel lichamen voor voor het testen van de LSV-parameter $kappa$ via een ensemble van spinoratomen. Door een $N$-atoom multimode GHZ-status te gebruiken, kan de testprecisie de Heisenberg-limiet $Delta kappa propto 1/(F^2N)$ bereiken met de spinlengte $F$ en het atoomnummer $N$. We vinden een realistisch waarneembaar (dwz praktisch meetproces) om de ultieme precisie te bereiken en analyseren de LSV-test via een experimenteel toegankelijke drie-mode interferometrie met bijvoorbeeld Bose gecondenseerde spin-$1$ atomen. Door geschikte invoerstatussen en unitaire recombinatiewerking te selecteren, kan de LSV-parameter $kappa$ worden geëxtraheerd via realiseerbare populatiemeting. Vooral de meetnauwkeurigheid van de LSV-parameter $kappa$ kan de standaard kwantumlimiet verslaan en zelfs de Heisenberg-limiet benaderen via spin-mixdynamiek of door kwantumfase-overgangen te rijden. Bovendien is het schema robuust tegen niet-adiabatisch effect en detectieruis. Ons testschema kan een haalbare weg openen voor een drastische verbetering van de LSV-tests met atomaire systemen en een alternatieve toepassing bieden van verstrengelde toestanden met meerdere deeltjes.

Populaire samenvatting

Invariantie onder Lorentz-transformaties is fundamenteel voor zowel het standaardmodel als de algemene relativiteitstheorie. Het testen van Lorentz-symmetrie-schending (LSV) via atomaire systemen trekt uitgebreide belangstelling voor zowel theorie als experiment. Hier stellen we een multimode kwantuminterferometrie met veel lichamen voor voor het testen van de LSV-parameter via een ensemble van spinoratomen. Door een N-atoom multimode GHZ-status te gebruiken, kan de testprecisie de Heisenberg-limiet bereiken. We vinden een realistisch waarneembaar (dwz praktisch meetproces) om de ultieme precisie te bereiken en analyseren de LSV-test via een experimenteel toegankelijke interferometrie met drie modi met bijvoorbeeld Bose gecondenseerde spin-1-atomen. Door geschikte ingangstoestanden en unitaire recombinatie te selecteren, kan de LSV-parameter worden geëxtraheerd via realiseerbare populatiemeting. Vooral de meetnauwkeurigheid van de LSV-parameter kan de standaard kwantumlimiet verslaan en zelfs de Heisenberg-limiet benaderen via spin-mixdynamiek of rijden door kwantumfase-overgangen. Bovendien is het schema robuust tegen niet-adiabatisch effect en detectieruis. Ons testschema kan een haalbare weg openen voor een drastische verbetering van de LSV-tests met atomaire systemen en een alternatieve toepassing bieden van verstrengelde toestanden met meerdere deeltjes.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] CW Misner, KS Thorne en JA Wheeler, Zwaartekracht (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 en L. Maccione, Annu. Ds. Nucl. Deel. Wetenschap. 59, 245 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1146/​annurev.nucl.010909.083640

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

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

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

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

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

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

[10] D. Colladay en 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 en 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, en S. Samuel, Phys. Rev. D 39, 683 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.39.683

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

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

[17] MR Douglas en NA Nekrasov, ds. Mod. Fysiek. 73, 977 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.73.977

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

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

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

[21] MA Hohensee, N. Leefer, D. Budker, C. Harabati, VA Dzuba en VV Flambaum, Phys. Eerwaarde 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 en H. Häffner, Nature (Londen) 517, 592 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature14091

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

[24] R. Shaniv, R. Ozeri, MS Safronova, SG Porsev, VA Dzuba, VV Flambaum en H. Häffner, Phys. Eerwaarde 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 en L. Jij, Phys. Rev. A 99, 042118 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042118

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

[28] JJ Bollinger, WM Itano en 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 en R. Blat, Phys. Eerwaarde Lett. 106, 130506 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.130506

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

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

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

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

[34] C. Lee, J. Huang, H. Deng, H. Dai en J. Xu, Voorzijde. Fysiek. 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 en 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 en MK Oberthaler, Phys. Eerwaarde 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 en SA Haine, Phys. Rev A 97, 053618 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.053618

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

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

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

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

[45] F. Anders, L. Pezzè, A. Smerzi en 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 en S. Sibiryakov, Phys. Rev. Lett 104, 181302 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.181302

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

[49] TP Heavner, SR Jefferts, EA Donley, JH Shirley en 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 en 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 en Q. Lin, J. Phys. B: Bij. mol. Opt. Fysiek. 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 en 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 en D. Budker, Phys. Rev. A 79, 023406 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.023406

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

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

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

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

[59] J. Huang, S. Wu, H. Zhong en C. Lee, Annu. Ds. Koud Op. mol. 2, 365 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789814590174_0007

[60] SL Braunstein en CM Caves, Phys. Rev. Lett. 72, 3439 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.72.3439

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

[62] V. Giovannetti, S. Lloyd en 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 en JJ Bollinger, Science 352, 1297 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aad9958

[64] Z. Zhang, en L.-M. Duan, Fys. Eerwaarde 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 en 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 en 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 en L. Jij, Phys. Eerwaarde Lett. 126, 060401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.060401

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Geciteerd door

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2022-11-14 13:13:07: Kon geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2022-11-14-859 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd. Aan SAO / NASA ADS er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2022-11-14 13:13:08).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal