原子を流しながら「休まず時を測る」光格子時計へ ―連続する原子の流れから1.2ヘルツ幅の分光を実証―

2026-08-06 東京大学

東京大学、理化学研究所、日本電子の共同研究グループは、極低温のストロンチウム原子を移動光格子で連続的に輸送しながら、高分解能な光格子時計の分光に成功した。研究では、原子流に沿って時計レーザーを照射する新しい縦励起方式を開発し、原子の準備、時計遷移の励起、状態検出を流路上の異なる位置で同時に実施する「空間的分業」を実現した。その結果、原子を供給し続けた状態で、フーリエ限界に近い1.2ヘルツという極めて狭い時計遷移スペクトルを観測した。従来の光格子時計では、測定サイクル間に生じるデッドタイムが安定性向上の障害となっていたが、本成果は原子を絶えず観測するゼロデッドタイム動作実現への重要な基盤となる。これにより時計レーザーの周波数揺らぎを連続補正でき、短時間で高精度な計測が可能になるほか、大型レーザー安定化装置への依存低減による光格子時計の小型化や、重力場・地殻変動などの超高精度センシングへの応用が期待される。

原子を流しながら「休まず時を測る」光格子時計へ ―連続する原子の流れから1.2ヘルツ幅の分光を実証―
時間軸での分業から、空間的な分業へ

<関連情報>

空間的に定義されたラビ分光法による、途切れることのない光時計の計測 Spatially defined Rabi spectroscopy for uninterrupted optical clock interrogation

Koki Nishida,Ryoto Takeuchi,Shigenori Tsuji,Shoichi Okaba & Hidetoshi Katori
Nature Communications  Published:06 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76017-1

Abstract

Optical lattice clocks achieve fractional frequency uncertainties of 10⁻¹⁸, yet stability is constrained by the dead time between cooling, preparation, interrogation, and detection. This sampling aliases local-oscillator noise into the clock signal (the Dick effect) and prevents continuous accumulation of oscillator phase information. We demonstrate spatially defined Rabi spectroscopy of ultracold ⁸⁸Sr atoms continuously transported in a moving optical lattice. A longitudinal excitation geometry preserves Lamb–Dicke confinement and suppresses Doppler broadening. Clock excitation is enabled only within a localised region by a transverse magnetic mixing field, defining the atom–laser interaction in space rather than in time and decoupling interrogation from preparation and detection. Transporting atoms at 16 mm s⁻¹ through a 12-mm interaction region yields a 1.2-Hz-wide spectrum close to the transit-time Fourier limit while maintaining uninterrupted atom delivery. This approach provides a practical route toward dead-time-free optical clock interrogation of continuously delivered atomic ensembles.

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