High Accuracy Correction of Blackbody Radiation Shift in an Optical Lattice Clock

Abstract

We have determined the frequency shift that blackbody radiation is inducing on the 5s2 (1)S0-5s5p (3)P0 clock transition in strontium. Previously its uncertainty limited the uncertainty of strontium lattice clocks to 1×10(-16). Now the uncertainty associated with the blackbody radiation shift correction translates to a 5×10(-18) relative frequency uncertainty at room temperature. Our evaluation is based on a measurement of the differential dc polarizability of the two clock states and on a modeling of the dynamic contribution using this value and experimental data for other atomic properties.

Experimental realization of an optical second with strontium lattice clocks

“…However, temperaturecontrolled environments can successfully handle this effect. Recently, the uncertainty on the atomic sensitivity to BBR was dramatically reduced by experimental measurements [35][36][37] , corroborated by theoretical calculations [38][39][40] (previous accuracy budgets of past studies [14][15][16] are also reduced accordingly). To date, no effect seems in position to prevent OLCs accuracy from progressing by at least one order of magnitude.…”

“…The frequency response of strontium atoms to the BBR was measured recently 36 and validated theoretically 40 , reducing considerably the corresponding uncertainty to 0.5 Â 10 À 17 . The uncertainty on the BBR shift due to the imperfect control of the effective temperature experienced by the atoms is presently the main limitation to the clock accuracy budget.…”

Horloges à réseau optique au strontium

“…d'amplitude 872 V/m à une température de 300 K. En utilisant une mesure précise de la polarisabilité différen-tielle pour la transition d'horloge effectuée à la PTB [24], on en déduit le déplacement de fréquence Stark associé. Une correction supplémentaire de 7 % doit être appliquée pour prendre en compte la nature ondulatoire du champ rayonné [6], portant la correction à 5, 2×10 −15 pour l'horloge Sr2.…”

Horloge à réseau optique à atomes de mercure

“…Une approche très prudente que nous avions adoptée dans [39], et qui est reproduite dans le tableau 2, consiste à considérer que l'incertitude est égale à la valeur calculée. Lorsqu'on examine l'historique de ce type de calcul et son niveau d'accord avec l'expérience pour d'autres atomes [18,19,42], on peut estimer qu'une incertitude réelle est plutôt égale à 10 % de la valeur, ce qui correspondrait à 1,6 × 10 −17 . Enfin, nous avons mesuré le déplacement lumineux lié au piégeage par le réseau pour un ensemble de valeur de la profondeur et de la longueur d'onde du piège.…”