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Measuring gravitational time dilation with delocalized quantum superpositions

Roura, Albert und Schubert, Christian und Schlippert, Dennis und Rasel, Ernst M. (2021) Measuring gravitational time dilation with delocalized quantum superpositions. Physical Review D, 104 (8), 084001. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevD.104.084001. ISSN 2470-0010.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
562kB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.104.084001

Kurzfassung

Atomic clocks can measure the gravitational redshift predicted by general relativity with great accuracy and for height differences as little as 1 cm. All existing experiments, however, involve the comparison of two independent clocks at different locations rather than a single clock in a delocalized quantum superposition. Here we present an interferometry scheme employing group-II-type atoms, such as Sr or Yb, capable of measuring the gravitational time dilation in a coherent superposition of atomic wave packets at two different heights. In contrast to other recent proposals, there is no need for pulses that can efficiently diffract both internal states. Instead, the scheme relies on very simple atom optics for which high diffraction efficiencies can be achieved with rather mild requirements on laser power. Furthermore, the effects of vibration noise are subtracted by employing a simultaneous Rb interferometer that acts as an inertial reference. Remarkably, the recently commissioned VLBAI facility in Hannover, a 10-m atomic fountain that can simultaneously operate Yb and Rb atoms and enables up to 2.8 s of free evolution time, meets all the requirements for a successful experimental implementation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144299/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Measuring gravitational time dilation with delocalized quantum superpositions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Roura, AlbertAlbert.Roura (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8049-8982NICHT SPEZIFIZIERT
Schubert, ChristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlippert, DennisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rasel, Ernst M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Oktober 2021
Erschienen in:Physical Review D
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:104
DOI:10.1103/PhysRevD.104.084001
Seitenbereich:084001
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0010
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atom interferometry, Atomic, optical & lattice clocks, Cold atoms & matter waves, Experimental studies of gravity, Gravitation, Laboratory studies of gravity, Gravitational redshift
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Q-GRAV – Schnittstelle Quanten und Gravitation, R - Fundamental physics
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Roura, Dr. Albert
Hinterlegt am:03 Okt 2021 12:57
Letzte Änderung:18 Okt 2021 11:51

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