Resfriamento paramétrico de feedback das liberações de um nanodiamante em um armadilha de Paul: Rumo à interferometria de ondas de matéria com objetos massivos

A mecânica quântica (MQ) e a relatividade geral (RG), também conhecida como a teoria da gravidade, são os dois pilares da física moderna. Um interferômetro de onda de matéria com uma partícula maciça pode testar inúmeras ideias fundamentais, incluindo o princípio da superposição espacial - um conceito fundamental na MQ - em regimes completamente novos, assim como a interface entre MQ e RG, por exemplo, testar a quantização da gravidade. Consequentemente, existe um esforço intenso para realizar tal interferômetro. Embora várias rotas estejam sendo perseguidas, nós nos concentramos em utilizar nanodiamantes (NDs) como nossa partícula, e um spin embutido no ND juntamente com as forças de Stern-Gerlach, para alcançar um loop fechado no espaço-tempo. Há uma comunidade crescente de grupos perseguindo esse caminho. Estamos publicando esta nota técnica (como parte de uma série de sete notas) para destacar nossos planos e soluções sobre vários desafios neste empreendimento ambicioso, na esperança de que isso apoie essa comunidade crescente. Aqui, apresentamos um estudo teórico sobre o impacto das rotações do ND no contraste interferométrico. Mostramos anteriormente que, para um interferômetro de Stern-Gerlach de primeira geração com um ND composto por 10⁷ átomos, é suficiente resfriar o centro de massa para temperaturas de milli-Kelvin. Neste trabalho, mostramos de forma similar que a rotação não precisa ser resfriada ao estado fundamental, e que resfriar para centenas de fonons rotacionais é suficiente. Descrevemos e simulamos o resfriamento paramétrico de feedback dos modos de liberação de um ND carregado levitado em uma armadilha de Paul. O resfriamento é realizado modulando o campo elétrico da armadilha. Examinamos a dependência da eficiência do resfriamento sobre o potencial elétrico e a forma do objeto. Mostramos que as temperaturas de liberação necessárias devem estar ao alcance em um futuro muito próximo. Ficaremos felizes em fornecer mais detalhes mediante solicitação.