PhD student position in the Project: Active Optical Atomic Clock

interested persons please contact by email
bober@fizyka.umk.pl with a copy to karolina.kitkowska@umk.pl
with subject "PhD student position in the Project: Active Optical Atomic Clock"

Title:

Superradiance with ultra-cold strontium atoms in high finesse caviy

Location:

National Laboratory for Atomic, Molecular and Optical Physics (KL FAMO) / Instytute of Physicsat Nicolaus Copernicus University in Toruń, Poland

We offer:

Duration:

Project Objectives:

Supervisors:

prof. dr hab. Roman Ciuryło     dr Marcin Bober         

Description:

Superradiance on an ultra-narrow clock transition has only been demonstrated experimentally once [Nor16]. With our theoretical model, we were able to reproduce the results of that experiment [Gog20]. Utilizing the phenomenon of superradiance allows for the development of an active optical atomic clock [Bob22a, Bob22b]—a device with significant scientific potential. The active clock is a "high risk, very high gain" project.     The doctoral research will involve work toward a continuous active optical atomic clock and its use in fundamental physics.

    Optical atomic clocks [Lud15] are widely used in fundamental research, e.g., searching for dark matter [Wci18], variations in fundamental constants, testing the Standard Model, and more [Nar23]. Current optical clocks, despite their advantages, are limited by their architecture, and improving their performance by orders of magnitude seems technically impossible. An active optical atomic clock based on superradiance may solve this issue, enabling a major improvement in sensitivity. 

    The experimental setup for studying superradiance is also well suited for research in cavity QED, quantum systems, quantum metrology, many-body interactions, and quantum computing. A passive optical clock with cold strontium atoms will also be used during the project.

      The National Laboratory for Atomic, Molecular and Optical Physics (KL FAMO) is the national consortium established at the Nicolaus Copernicus University (UMK) in Toruń, Poland for inter-university research. The main areas of research cover ultra-cold and degenerate matter, optical lattice atomic clocks, Bose-Einstein condensation, quantum states engineering, ion traps, ultra-cold molecules, cavity ring-down spectroscopy, and optical frequency combs. The Hz-level laser frequency control is also implemented for spectroscopic and metrological applications, and for new concepts of optical atomic clocks. Other key activities in KL FAMO are both experimental and theoretical studies of new physics beyond the Standard Model, in particular the search for transient indicators of hypothetical dark matter in the form of scalar fields or stable topological defects. 

        

Required Skills and Knowledge:



phd_ENG

Doktorant do projektu aktywnego optycznego zegara atomowego

osoby zainteresowane proszę o kontakt
email: bober@fizyka.umk.pl z kopią na adres karolina.kitkowska@umk.pl
z tytułem "PhD student position in the Project: Active Optical Atomic Clock"

Tytuł:

Nadpromienistość z ultrazimnymi atomami strontu we wnęce optycznej
Superradiance with ultra-cold strontium atoms in high finesse caviy

Miejsce:

Krajowe Laboratorium FAMO / Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Koprnika w Toruniu, Polska

Oferujemy:

Czas:

Założenia projektu:

Promotorzy:

prof. dr hab. Roman Ciuryło     dr Marcin Bober         

Opis:

Nadpromienistość na ulrawąskim przejściu zegarowym została jedynie raz zademonstrowana doświadczalnie [Nor16] kilka lat temu. Z naszym modelem teoretycznym byliśmy wstanie odtworzyć wyniki tego eksperymentu [Gog20]. Z wykorzystaniem zjawiska nadpromienistości można stworzyć aktywny optyczny zegar atomowy [Bob22a, Bob22b], urządzenie o wielkim potencjalne naukowym. Aktywny zegar jest projektem z kategorii „high risk, very high gain”. W ramach doktoratu będą prowadzone badania w kierunku aktywnego optycznego zegara atomowego o pracy ciągłej oraz jego wykorzystaniem do badań fundamentalnych.

    Optyczne zegary atomowe [Lud15] są obecnie szeroko stosowane w badaniach fundamentalnych, np. poszukiwaniu ciemnej materii [Wci18], zmian stałych fizycznych, badaniu modelu standardowego i wielu innych [Nar23]. Obecne optyczne zegary, ze wszystkimi swoimi zaletami są ograniczone w sowim działaniu przez swoją konstrukcje i poprawa ich osiągów o rzędy wielkości wydaje się technicznie niemożliwa. Aktywny optyczny zegar atomowy oparty o zjawisko nadpromienistości może być rozwiązaniem obecnego problemu, pozwalając na na polepszenie czułości badań o rzędy wielkości.  

    Układ eksperymentalny do badania nadpromienistości nadaje się również znakomicie do badań w reżimie cavity QED, kwantowych systemów, kwantowej metrologii, oddziaływań wielociałowych, oraz badań związanych z kwantowymi komputerami. Dodatkowo w trakcie badań wykorzystywany będzie pasywny optyczny zegar z zimnymi atomami strontu.

      Badania będą prowadzone w Krajowym Laboratorium FAMO (KL FAMO). Narodowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) to krajowe konsorcjum utworzone na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika (UMK) w Toruniu w celu prowadzenia badań międzyuczelnianych. Główne obszary badań obejmują ultrazimną i zdegenerowaną materię, optyczne zegary atomowe, kondensat Bosego-Einsteina, inżynierię stanów kwantowych, pułapki jonowe, ultrazimne cząsteczki, spektroskopię, wnęki optyczne, grzebienie częstotliwości optycznych.  

        

Wymagane umiejętności i wiedza:



phd_PL