We report on the progress toward a dual-species cadmium and strontium atom interferometer for fundamental physics tests. We have developed and characterized a complete baseline laser system for cadmium, which provides the high power and narrow linewidth necessary for laser cooling and trapping and for performing atom interferometry, with upgraded systems for strontium also implemented. An overview of a design for cooling cadmium is presented, and we outline the basic design of a Cd–Sr atomic fountain, discussing atom launching techniques and the possible role of blackbody radiation. The excellent properties of cadmium and strontium, both individually and as a test pair, are discussed along with the enabled fundamental physics program of tests of the weak equivalence principle and the measurement of relativistic time dilation effects in quantum superpositions of clocks.

1.
P.
Asenbaum
,
C.
Overstreet
,
M.
Kim
,
J.
Curti
, and
M. A.
Kasevich
,
Phys. Rev. Lett.
125
,
191101
(
2020
).
2.
T.
Bothwell
,
C. J.
Kennedy
,
A.
Aeppli
,
D.
Kedar
,
J. M.
Robinson
,
E.
Oelker
,
A.
Staron
, and
J.
Ye
,
Nature
602
,
420
(
2022
).
3.
A. D.
Cronin
,
J.
Schmiedmayer
, and
D. E.
Pritchard
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
1051
(
2009
).
4.
G. M.
Tino
and
M. A.
Kasevich
, “
Atom interferometry
,” in
Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi,” Course CLXXXVIII, Varenna 2013
(
Società Italiana di Fisica and IOS Press
,
2014
).
5.
R. P.
del Aguila
,
T.
Mazzoni
,
L.
Hu
,
L.
Salvi
,
G. M.
Tino
, and
N.
Poli
,
New J. Phys.
20
,
043002
(
2018
).
6.
B.
Plotkin-Swing
,
D.
Gochnauer
,
K. E.
McAlpine
,
E. S.
Cooper
,
A. O.
Jamison
, and
S.
Gupta
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
133201
(
2018
).
7.
L.
Hu
,
N.
Poli
,
L.
Salvi
, and
G. M.
Tino
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
263601
(
2017
).
8.
L.
Hu
,
E.
Wang
,
L.
Salvi
,
J. N.
Tinsley
,
G. M.
Tino
, and
N.
Poli
,
Classical Quantum Gravity
37
,
014001
(
2020
).
9.
J.
Rudolph
,
T.
Wilkason
,
M.
Nantel
,
H.
Swan
,
C. M.
Holland
,
Y.
Jiang
,
B. E.
Garber
,
S. P.
Carman
, and
J. M.
Hogan
,
Phys. Rev. Lett.
124
,
083604
(
2020
).
10.
L.
Badurina
et al,
J. Cosmol. Astropart. Phys.
2020
,
011
.
11.
M.
Abe
et al,
Quantum Sci. Technol.
6
,
044003
(
2021
).
12.
M.-S.
Zhan
et al,
Int. J. Mod. Phys. D
29
,
1940005
(
2020
).
13.
G. M.
Tino
et al,
Eur. Phys. J. D
73
,
228
(
2019
).
14.
Y. A.
El-Neaj
et al,
EPJ Quantum Technol.
7
,
6
(
2020
).
15.
A.
Wicht
,
E.
Sarajlic
,
J. M.
Hensley
, and
S.
Chu
,
Phys. Rev. A
72
,
023602
(
2005
).
16.
T.
Bothwell
,
D.
Kedar
,
E.
Oelker
,
J. M.
Robinson
,
S. L.
Bromley
,
W. L.
Tew
,
J.
Ye
, and
C. J.
Kennedy
,
Metrologia
56
,
065004
(
2019
).
17.
T.
Mazzoni
,
X.
Zhang
,
R.
Del Aguila
,
L.
Salvi
,
N.
Poli
, and
G. M.
Tino
,
Phys. Rev. A
92
,
053619
(
2015
).
18.
X.
Zhang
,
R. P.
del Aguila
,
T.
Mazzoni
,
N.
Poli
, and
G. M.
Tino
,
Phys. Rev. A
94
,
043608
(
2016
).
19.
V.
Xu
,
M.
Jaffe
,
C. D.
Panda
,
S. L.
Kristensen
,
L. W.
Clark
, and
H.
Müller
,
Science
366
,
745
(
2019
).
20.
N.
Poli
,
F.-Y.
Wang
,
M. G.
Tarallo
,
A.
Alberti
,
M.
Prevedelli
, and
G. M.
Tino
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
038501
(
2011
).
21.
K.-A.
Brickman
,
M.-S.
Chang
,
M.
Acton
,
A.
Chew
,
D.
Matsukevich
,
P. C.
Haljan
,
V. S.
Bagnato
, and
C.
Monroe
,
Phys. Rev. A
76
,
043411
(
2007
).
22.
M.
Berglund
and
M. E.
Wieser
,
Pure Appl. Chem.
83
,
397
(
2011
).
23.
F.
Kondev
,
M.
Wang
,
W.
Huang
,
S.
Naimi
, and
G.
Audi
,
Chin. Phys. C
45
,
030001
(
2021
).
24.
J. N.
Tinsley
,
S.
Bandarupally
,
J.-P.
Penttinen
,
S.
Manzoor
,
S.
Ranta
,
L.
Salvi
,
M.
Guina
, and
N.
Poli
,
Opt. Express
29
,
25462
(
2021
).
25.
B.
Ohayon
,
S.
Hofsäss
,
J. E.
Padilla-Castillo
,
S. C.
Wright
,
G.
Meijer
,
S.
Truppe
,
K.
Gibble
, and
B. K.
Sahoo
,
New J. Phys.
24
,
123040
(
2022
).
26.
I.
Counts
,
J.
Hur
,
D. P. L.
Aude Craik
,
H.
Jeon
,
C.
Leung
,
J. C.
Berengut
,
A.
Geddes
,
A.
Kawasaki
,
W.
Jhe
et al,
Phys. Rev. Lett.
125
,
123002
(
2020
).
27.
P.
Touboul
et al
(MICROSCOPE Collaboration)
,
Phys. Rev. Lett.
129
,
121102
(
2022
).
28.
J.
Hartwig
,
S.
Abend
,
C.
Schubert
,
D.
Schlippert
,
H.
Ahlers
,
K.
Posso-Trujillo
,
N.
Gaaloul
,
W.
Ertmer
, and
E. M.
Rasel
,
New J. Phys.
17
,
035011
(
2015
).
29.
G.
Varoquaux
,
R. A.
Nyman
,
R.
Geiger
,
P.
Cheinet
,
A.
Landragin
, and
P.
Bouyer
,
New J. Phys.
11
,
113010
(
2009
).
30.
B.
Barrett
,
L.
Antoni-Micollier
,
L.
Chichet
,
B.
Battelier
,
P.-A.
Gominet
,
A.
Bertoldi
,
P.
Bouyer
, and
A.
Landragin
,
New J. Phys.
17
,
085010
(
2015
).
31.
T.
Damour
,
Classical Quantum Gravity
29
,
184001
(
2012
).
32.
M. A.
Hohensee
,
H.
Müller
, and
R. B.
Wiringa
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
151102
(
2013
).
33.
G.
Rosi
,
G.
D'Amico
,
L.
Cacciapuoti
,
F.
Sorrentino
,
M.
Prevedelli
,
M.
Zych
,
Č.
Brukner
, and
G. M.
Tino
,
Nat. Commun.
8
,
15529
(
2017
).
35.
C.
Ufrecht
,
F.
Di Pumpo
,
A.
Friedrich
,
A.
Roura
,
C.
Schubert
,
D.
Schlippert
,
E. M.
Rasel
,
W. P.
Schleich
, and
E.
Giese
,
Phys. Rev. Res.
2
,
043240
(
2020
).
36.
F.
Di Pumpo
,
C.
Ufrecht
,
A.
Friedrich
,
E.
Giese
,
W. P.
Schleich
, and
W. G.
Unruh
,
PRX Quantum
2
,
040333
(
2021
).
37.
F. D.
Pumpo
,
A.
Friedrich
,
C.
Ufrecht
, and
E.
Giese
,
Phys. Rev. D
107
,
064007
(
2023
).
38.
A. J.
Paige
,
A. D. K.
Plato
, and
M. S.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
124
,
160602
(
2020
).
39.
S.
Khandelwal
,
M. P.
Lock
, and
M. P.
Woods
,
Quantum
4
,
309
(
2020
).
40.
A. R. H.
Smith
and
M.
Ahmadi
,
Nat. Commun.
11
,
5360
(
2020
).
41.
P. T.
Grochowski
,
A. R. H.
Smith
,
A.
Dragan
, and
K.
Dębski
,
Phys. Rev. Res.
3
,
023053
(
2021
).
42.
P. A.
Bushev
,
J. H.
Cole
,
D.
Sholokhov
,
N.
Kukharchyk
, and
M.
Zych
,
New J. Phys.
18
,
093050
(
2016
).
43.
M.
Zych
,
F.
Costa
,
I.
Pikovski
, and
Č.
Brukner
,
Nat. Commun.
2
,
505
(
2011
).
44.
I.
Pikovski
,
M.
Zych
,
F.
Costa
, and
Č.
Brukner
,
Nat. Phys.
11
,
668
(
2015
).
45.
M.
Carlesso
and
A.
Bassi
,
Phys. Lett. A
380
,
2354
(
2016
).
46.
K. E.
Khosla
and
N.
Altamirano
,
Phys. Rev. A
95
,
052116
(
2017
).
47.
A.
Roura
,
C.
Schubert
,
D.
Schlippert
, and
E. M.
Rasel
,
Phys. Rev. D
104
,
084001
(
2021
).
48.
Z.
Burkley
,
L.
de Sousa Borges
,
B.
Ohayon
,
A.
Golovizin
,
J.
Zhang
, and
P.
Crivelli
,
Opt. Express
29
,
27450
(
2021
).
49.
J. C.
Shaw
,
S.
Hannig
, and
D. J.
McCarron
,
Opt. Express
29
,
37140
(
2021
).
50.
A.
Yamaguchi
,
M. S.
Safronova
,
K.
Gibble
, and
H.
Katori
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
113201
(
2019
).
51.
S.
Manzoor
,
J. N.
Tinsley
,
S.
Bandarupally
,
M.
Chiarotti
, and
N.
Poli
,
Opt. Lett.
47
,
2582
(
2022
).
52.
M.
Chiarotti
,
J. N.
Tinsley
,
S.
Bandarupally
,
S.
Manzoor
,
M.
Sacco
,
L.
Salvi
, and
N.
Poli
,
PRX Quantum
3
,
030348
(
2022
).
53.
M. G.
Tarallo
,
N.
Poli
,
M.
Schioppo
,
D.
Sutyrin
, and
G. M.
Tino
,
Appl. Phys. B
103
,
17
(
2011
).
54.
E.
Wang
,
G.
Verma
,
J. N.
Tinsley
,
N.
Poli
, and
L.
Salvi
,
Phys. Rev. A
103
,
022609
(
2021
).
55.
C.-C.
Chen
,
R.
González Escudero
,
J.
Minář
,
B.
Pasquiou
,
S.
Bennetts
, and
F.
Schreck
,
Nature
606
,
683
(
2022
).
56.
S.
Bandarupally
,
J. N.
Tinsley
,
M.
Chiarotti
, and
N.
Poli
,
J. Phys. B
56
,
185301
(
2023
).
57.
S.
Stellmer
,
R.
Grimm
, and
F.
Schreck
,
Phys. Rev. A
87
,
013611
(
2013
).
58.
T.
Kovachy
,
J. M.
Hogan
,
D. M. S.
Johnson
, and
M. A.
Kasevich
,
Phys. Rev. A
82
,
013638
(
2010
).
60.
P.
Haslinger
,
M.
Jaffe
,
V.
Xu
,
O.
Schwartz
,
M.
Sonnleitner
,
M.
Ritsch-Marte
,
H.
Ritsch
, and
H.
Müller
,
Nat. Phys.
14
,
257
(
2018
).
61.
É. C.
Wodey
, “
Methods for very long baseline atom interferometry
,” Ph.D. thesis (
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
,
2021
).
62.
V. A.
Dzuba
and
A.
Derevianko
,
J. Phys. B
52
,
215005
(
2019
).
63.
S. G.
Porsev
and
A.
Derevianko
,
Phys. Rev. A
74
,
020502
(
2006
).
64.
P. W.
Graham
,
J. M.
Hogan
,
M. A.
Kasevich
, and
S.
Rajendran
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
171102
(
2013
).
You do not currently have access to this content.