Ultra-low noise magnetic environments

超低噪声磁场环境

基本信息

  • 批准号:
    ST/Y509978/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 64.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2024 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The aim of this proposal is to develop an environment where electric and magnetic fields are controlled at the level needed for the next generation of quantum sensors. These sensors are being developed both for commercial applications and for precision measurements that test fundamental theories of physics. To reach their ultimate sensitivity, they must operate in extremely low noise environments. Thus, our project is designed to remove a barrier that is now inhibiting progress in quantum technology and our ability to test new theories.Our objective is to design, develop and characterize a magnetically-shielded vacuum cell where the background magnetic field and magnetic noise are reduced to extremely low values. We aim to generate large electric fields inside this cell, without compromising the magnetic noise. This calls for careful choices of materials and construction methods and measurements of electric currents at the extreme limits of sensitivity. Finally, we aim to integrate magnetic field probes within the cell for in situ, real-time field measurement and control. The output will be an instrument capable of sensing tiny fields and forces beyond the current state of the art.One application of such an apparatus in fundamental science is to measure the roundness of the electron, which is measured through its electric dipole moment (eEDM). A non-zero eEDM indicates a violation of time-reversal symmetry, which is crucial in understanding why matter prevails over antimatter in the Universe. To dramatically improve the measurement precision, we have developed transformative techniques to produce trapped ultracold molecules. We have completed a design study of this approach where all the steps are simulated, and have demonstrated most of the key steps with a testbed molecule. The apparatus, which provides precisely controlled magnetic and electric fields, will be the crucial final piece of our new approach, facilitating future experiments to determine electron roundness with unprecedented precision, several hundred times better than before. Such measurements have the potential to discover new particles beyond the reach of particle colliders and shed light on the matter-antimatter asymmetry in the Universe.Beyond EDM experiments, the apparatus will benefit other tests of fundamental physics using quantum technologies. It will enhance experiments with atom interferometers to probe gravitational waves and ultra-light dark matter, and contribute to atomic clocks to measure varying fundamental constants. The collective efforts aim to unravel the mysteries of the Universe and gain deeper insights into its fundamental nature.
该提案的目的是开发一个环境,在下一代量子传感器所需的水平上控制电场和磁场。这些传感器既是用于商业应用,也是用于测试物理基本理论的精确测量的。为了达到最终灵敏度,他们必须在极低的噪声环境中运行。因此,我们的项目旨在消除现在抑制量子技术进展和测试新理论的障碍。我们的目标是设计,开发和表征一个磁性屏蔽的真空电池,在该真空电池中,背景磁场和磁性噪声降低到极低的值。我们的目标是在不损害磁噪声的情况下生成大型电场。这要求仔细选择材料和构造方法以及在敏感性极限的情况下对电流的测量。最后,我们旨在将磁场探针整合到原位,实时场测量和控制中。该输出将是一种能够感知艺术现状以外的小场和力的仪器。这种设备在基本科学中的一种应用是测量电子的圆度,电子的圆度是通过其电偶极矩(EEDM)测量的。非零的EEDM表示违反了时间反转对称性,这对于理解为什么物质占宇宙中的反物质而言至关重要。为了极大地提高测量精度,我们开发了变革性的技术来产生捕获的超低分子。我们已经完成了对所有步骤进行模拟的设计研究,并通过测试床分子证明了大多数关键步骤。该设备提供精确控制的磁场和电场,将是我们新方法的关键最终部分,促进了未来的实验,以用前所未有的精度确定电子圆度,比以前好几百倍。这样的测量可能有可能发现粒子山脉覆盖范围的新颗粒,并在宇宙中的物质距离不对称范围内阐明。BeyondEDM实验,该设备将使使用量子技术的其他基本物理测试受益。它将增强对原子干涉仪的实验,以探测引力波和超光暗物质,并有助于原子钟以测量不同的基本常数。集体努力旨在揭开宇宙的奥秘并对其基本性质进行更深入的见解。

项目成果

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