PM: Atomic Parity Violation and Multi-Messenger Astronomy with Atomic Clocks

PM:原子宇称违反和多信使天文学与原子钟

基本信息

项目摘要

This project is in fundamental physics, where discoveries are likely to shape future technologies. This is similar to the early 20th century formulation of quantum mechanics now forming the foundation of microelectronics and quantum technologies. There are overwhelming indications that the current state of physics knowledge is incomplete: in particular, modern physics and cosmology fail to describe the nature of 85% of matter in the universe. There are internal consistencies both in the very foundation of modern physics, the Standard Model, and in formulating viable theories of quantum gravity. The field is ripe for major discoveries. Here the PI pursues a low-cost strategy that extends the discovery reach further by analyzing novel high-rate data from the Global Positioning System (GPS), contributing to the improved diagnostics of this important national resource. Another practical aspect is the development of high-accuracy computational tools useful in benchmarking the less-accurate toolbox of relativistic quantum chemistry of heavy elements. Such developments are relevant to nuclear energy production and nuclear waste management and, by extension, to strengthening national energy security.The project has two major components: (i) Next-generation ab initio relativistic many-body calculations of atomic parity violation. The goal is to improve the internal consistency of earlier work and to reduce theoretical uncertainty. Attaining this goal will result in an improved low-energy test of the electroweak sector of the Standard Model of elementary particles. (ii) Search for bursts of low-mass exotic fields emitted by cataclysmic astrophysical events, such as black hole mergers. This is a novel, exotic physics modality in multi-messenger astronomy. The search is carried out by analyzing atomic clock data from GPS satellites. The outcome is either a discovery of the predicted multi-messenger signature or an improvement of the current constraints on coupling of atomic clocks to plausibly emitted exotic fields by several orders of magnitude. The project may yield the first experimental signature of quantum gravity.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目属于基础物理学,其发现可能会塑造未来的技术。这类似于 20 世纪初量子力学的表述,现在构成了微电子和量子技术的基础。大量迹象表明,当前的物理学知识是不完整的:特别是现代物理学和宇宙学无法描述宇宙中 85% 物质的本质。现代物理学的基础——标准模型,以及可行的量子引力理论的制定都具有内在的一致性。该领域取得重大发现的时机已经成熟。在这里,PI 奉行一种低成本策略,通过分析来自全球定位系统 (GPS) 的新型高速数据,进一步扩大发现范围,从而有助于改进对这一重要国家资源的诊断。另一个实用方面是开发高精度计算工具,可用于对重元素相对论量子化学不太准确的工具箱进行基准测试。这些发展与核能生产和核废料管理有关,进而与加强国家能源安全有关。该项目有两个主要组成部分:(i) 原子宇称不守恒的下一代从头算相对论多体计算。目标是提高早期工作的内部一致性并减少理论不确定性。实现这一目标将改进基本粒子标准模型电弱部分的低能测试。 (ii) 寻找由灾难性天体物理事件(例如黑洞合并)发射的低质量奇异场爆发。这是多信使天文学中一种新颖的、奇异的物理模式。搜索是通过分析 GPS 卫星的原子钟数据来进行的。结果要么是发现了预测的多信使签名,要么是将当前原子钟与可能发射的奇异场耦合的限制改进了几个数量级。该项目可能会产生量子引力的第一个实验签名。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并且通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
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专利数量(0)
Precision theoretical determination of electric-dipole matrix elements in atomic cesium
原子铯中电偶极子基体元素的精密理论测定
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Tran Tan, H. B.;Derevianko, A.
  • 通讯作者:
    Derevianko, A.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Derevianko, A.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    H. Tran Tan;A. Derevianko
  • 通讯作者:
    H. Tran Tan;A. Derevianko
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  • DOI:
    10.1103/physreva.108.022808
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Tran Tan, H. B.;Xiao, D.;Derevianko, A.
  • 通讯作者:
    Derevianko, A.
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