Verso la magnetometria quantistica ottica dei gas nobili mediante rilevazione diretta nell’ultravioletto

Abstract degli autori

Analizziamo un nuovo approccio alla rivelazione quantistica di campi magnetici tramite il rilevamento ottico della precessione dello spin nucleare in un gas nobile. La rilevazione viene effettuata con un laser ultravioletto a pettine di frequenze, perciò non è necessario miscelare vapori alcalini con il gas nobile durante la fase di rilevamento, consentendo tempi di rilassamento dello spin di ore a temperatura ambiente. La nostra analisi mostra che combinare un’elevata potenza del laser con un basso rumore d’intensità del laser è fondamentale per raggiungere e superare le prestazioni magnetometriche allo stato dell’arte, comprese quelle dei magnetometri criogenici. Individuiamo regimi operativi in cui domina il rumore fondamentale oppure quello tecnico, indirizzando così lo sforzo sperimentale, rispettivamente, verso l’aumento della potenza del laser o la riduzione del rumore d’intensità del laser. Mostriamo inoltre che ottimizzare le dimensioni del fascio è fondamentale per raggiungere la sensibilità ottimale. I nostri calcoli prevedono che sia possibile ottenere in 10 minuti una sensibilità da record di $24~\mathrm{aT}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ con un laser ultravioletto da 10 W e un rumore d’intensità relativa di -100 dBc/Hz.