Mercury optical lattice clock exploiting a 2D-MOT : lifetime of 3P0 state and frequency measurements

Horloge à réseau optique à atomes de mercure exploitant un 2D-MOT : durée de vie de l'état 3P0 et mesures de fréquence

Valentin Cambier (1)

1 SYRTE - Systèmes de Référence Temps Espace

Optical clocks have changed time and frequency metrology since the beginning of the 2000’s. In my thesis, I worked on a mercury optical lattice clock. Mercury is a promising candidate for optical clocks thanks to its weak sensitivity to blackbody radiation shift. During my PhD, I took benefit of a magneto optical trap in two dimensions (2D-MOT) to pre-cool the mercury atoms before the interrogation phase. It allows us not only to trap much more atoms but also to improve the clock cycle by decreasing the total cycle time. These improvements made possible the lifetime measurement of the 3P0 state and to participate to measurement campaigns at the European scale between different clocks located a few hundreds of kilometres apart. As a consequence, it was possible to measure for the first time the frequency ratio between mercury and Yb+ ion.

Les horloges optiques ont révolutionné la métrologie du temps et des fréquences depuis le début des années 2000. Dans ma thèse, j’ai travaillé avec une horloge à réseau optique basée sur l’atome de mercure. Le mercure est un candidat prometteur pour les horloges à réseau du fait de sa faible sensibilité au rayonnement du corps noir. Durant ma thèse, j’ai exploité un piège magnéto optique 2D pour pré-refroidir les atomes de mercure avant leur interrogation. Cela permet non seulement de piéger un plus grand nombre d’atomes mais aussi d’améliorer le cycle d’horloge en diminuant le temps de cycle total. Ces améliorations ont permis de mesurer la durée de vie de l’état 3P0 et de participer à des campagnes de mesure à l’échelle européenne entre différentes horloges située à plusieurs centaines de kilomètres l’une de l’autre. Nous avons ainsi pu mesurer pour la première fois le ratio de fréquence entre le mercure et l’ion ytterbium +.

Mots clés: Clock; Metrology; Spectroscopy; Optics; Laser cooling

Mots clés: Horloge; Métrologie; Spectroscopie; Optique; Refroidissement laser; Atomique

Domaines: Physique Quantique [quant-ph]

Valentin Cambier. Horloge à réseau optique à atomes de mercure exploitant un 2D-MOT : durée de vie de l'état 3P0 et mesures de fréquence. Physique Quantique [quant-ph]. Sorbonne Université, 2019. Français. ⟨NNT : 2019SORUS512⟩. ⟨tel-03139818v2⟩