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用于单个捕获反质子的无损自旋量子跃迁光谱的数量级改进的回旋加速器模式冷却。

Orders of Magnitude Improved Cyclotron-Mode Cooling for Nondestructive Spin Quantum Transition Spectroscopy with Single Trapped Antiprotons.

作者信息

Latacz B M, Fleck M, Jäger J I, Umbrazunas G, Arndt B P, Erlewein S R, Wursten E J, Devlin J A, Micke P, Abbass F, Schweitzer D, Wiesinger M, Will C, Yildiz H, Blaum K, Matsuda Y, Mooser A, Ospelkaus C, Smorra C, Soter A, Quint W, Walz J, Yamazaki Y, Ulmer S

机构信息

<a href="https://ror.org/01sjwvz98">RIKEN</a>, Ulmer Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama, 351-0198, Japan.

<a href="https://ror.org/01ggx4157">CERN</a>, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland.

出版信息

Phys Rev Lett. 2024 Aug 2;133(5):053201. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.053201.

DOI:10.1103/PhysRevLett.133.053201
PMID:39159098
Abstract

We demonstrate efficient subthermal cooling of the modified cyclotron mode of a single trapped antiproton and reach particle temperatures T_{+}=E_{+}/k_{B} below 200 mK in preparation times shorter than 500 s. This corresponds to the fastest resistive single-particle cyclotron cooling to subthermal temperatures ever demonstrated. By cooling trapped particles to such low energies, we demonstrate the detection of antiproton spin transitions with an error rate <0.000 023, more than 3 orders of magnitude better than in previous best experiments. This method has enormous impact on multi-Penning-trap experiments that measure magnetic moments with single nuclear spins for tests of matter and antimatter symmetry, high-precision mass spectrometry, and measurements of electron g factors bound to highly charged ions that test quantum electrodynamics and establish standards for magnetometry.

摘要

我们展示了对单个捕获反质子的改进回旋加速器模式进行高效的亚热冷却,并在短于500秒的准备时间内使粒子温度(T_{+}=E_{+}/k_{B})低于200 mK。这对应于有史以来展示的最快的电阻式单粒子回旋加速器冷却至亚热温度。通过将捕获的粒子冷却到如此低的能量,我们展示了反质子自旋跃迁的检测,错误率<0.000 023,比之前最好的实验好3个多数量级。这种方法对多潘宁阱实验有巨大影响,这些实验利用单核自旋测量磁矩,用于测试物质和反物质对称性、高精度质谱分析,以及测量与高电荷离子结合的电子g因子,以测试量子电动力学并建立磁力测量标准。

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