Lattice Induced Frequency Shifts in Sr Optical Lattice Clocks at the 10−1710^{-17} Level

We present a comprehensive study of the frequency shifts associated with the lattice potential for a Sr lattice clock. By comparing two such clocks with a frequency stability reaching $5\times 10^{-17}$ after a one hour integration time, and varying the lattice depth up to $U_0=900 \, E_r$ with $E_r$ being the recoil energy, we evaluate lattice related shifts with an unprecedented accuracy. We put the first experimental upper bound on the recently predicted frequency shift due to the magnetic dipole (M1) and electric quadrupole (E2) interactions. This upper bound is significantly smaller than the theoretical upper limit. We also give a new upper limit on the effect of hyperpolarizability with an improvement by more than one order of magnitude. Finally, we report the first observation of the vector and tensor shifts in a lattice clock. Combining these measurements, we show that all known lattice related perturbation will not affect the clock accuracy down to the $10^{-17}$ level, even for very deep lattices, up to $U_0=150\,E_r$

Accuracy Evaluation of an Optical Lattice Clock with Bosonic Atoms

We report the first accuracy evaluation of an optical lattice clock based on the 1S0 - 3P0 transition of an alkaline earth boson, namely 88Sr atoms. This transition has been enabled using a static coupling magnetic field. The clock frequency is determined to be 429 228 066 418 009(32) Hz. The isotopic shift between 87Sr and 88Sr is 62 188 135 Hz with fractional uncertainty 5.10^{-7}. We discuss the conditions necessary to reach a clock accuracy of 10^{-17} or less using this scheme.Comment: 3 pages, 4 figures, uses ol.sty fil

Contribution à la réalisation d'une nouvelle horloge à réseau optique à atomes piégés de Strontium

L objet de ma thèse de doctorat est la réalisation d une nouvelle horloge à réseau optique à atomes piégés de Strontium. Après avoir rappelé en introduction les principes de base du fonctionnement des étalons atomiques de fréquence et leurs objectifs, ainsi que l état de l art sur les horloges optiques, l accent est mis dans la première partie sur le concept d horloge à réseau optique à atomes de Strontium tel qu il est mis en œuvre sur un premier dispositif au LNE-SYRTE. Nous exposons ensuite les résultats expérimentaux obtenus avec cette horloge lors de notre dernière campagne de spectroscopie effectuée au début de ma thèse sur le fermion 87Sr. Mise en perspective avec les performances ultimes attendues, cette évaluation à un niveau d exactitude de 2,6 10-15 nous amène à justifier les motivations pour la conception d une nouvelle horloge à réseau optique au Strontium indépendante. Nous détaillons alors dans les trois parties suivantes les différentes étapes de la réalisation de cette nouvelle horloge, en insistant sur les améliorations apportées vis-à-vis de la première. Nous commençons par la mise en place de l enceinte à vide où le jet atomique est tour à tour éjecté du four, défléchi, ralenti puis capturé au niveau d un piège magnéto-optique. L étape de déflexion constitue une nouveauté qui contribue à l amélioration des performances ; elle a fait l objet d une simulation numérique préalable validée par l expérience. Puis nous décrivons le réseau optique où les atomes sont transférés et confinés par interaction dipolaire. Nous démontrons alors la possibilité de réaliser efficacement ce piégeage à l aide uniquement de sources laser à semi-conducteur, moyennant la diminution des effets de chauffage paramétrique grâce à la stabilisation en amont du bruit de fréquence de cette source. À la fin de la thèse nous avons successivement été amenés à refroidir les atomes piégés, à les interroger à l aide d un nouveau laser ultrastable, à détecter la probabilité de transition d horloge et donc in fine à observer des premiers signaux de résonance atomique. Les premières séries de comparaisons entre les deux horloges au Strontium du laboratoire viennent enfin conclure ce travailPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Frequency stability of optical lattice clocks

Abstract. In this paper, we review several aspects of the frequency stability of optical lattice clocks. We describe a new ultra-stable cavity design with reduced thermal noise and record frequency stability (below 10 −15 ), as well as a non-destructive detection scheme for measuring the clock transition probability. Given the experimental parameters we measured, we simulate different sequence strategies for optimizing the stability. Finally, we report on the development of a second optical lattice clock and simulate several comparison strategies. In particular, we show by a numerical method that a stability as low as 2 × 10 −16 τ −1/2 can be reached with optical lattice clocks, and we show how to demonstrate this stability with a double clock system. Content

Frequency stability of optical lattice clocks

In this paper, we review several aspects of the frequency stability of optical lattice clocks. We describe a new ultra-stable cavity design with reduced thermal noise and record frequency stability (below 10(-15)), as well as a non-destructive detection scheme for measuring the clock transition probability. Given the experimental parameters we measured, we simulate different sequence strategies for optimizing the stability. Finally, we report on the development of a second optical lattice clock and simulate several comparison strategies. In particular, we show by a numerical method that a stability as low as 2 x 10(-16)tau(-1/2) can be reached with optical lattice clocks, and we show how to demonstrate this stability with a double clock system

An optical lattice clock with spin-polarized 87Sr atoms

International audienceWe present a new evaluation of an <SUP>87</SUP>Sr optical lattice clock using spin polarized atoms. The frequency of the <SUP>1</SUP>S<SUB>0</SUB>--><SUP>3</SUP>P<SUB>0</SUB> clock transition is found to be 429 228 004 229 873.6 Hz with a fractional uncertainty of 2.6×10<SUP>-15</SUP>, a value that is comparable to the frequency difference between the various primary standards throughout the world. This measurement is in excellent agreement with a previous one of similar accuracy [Phys. Rev. Lett. 98, 083002 (2007)]