Configuración del láser En el sistema de interrogación 229Th, un láser comercial (FHG-TA Pro, TOPTICA) proporciona una potencia de salida de aproximadamente 500 mW a una longitud de onda de 296,8 nm, con frecuencia cuadruplicada en dos etapas de duplicación y una etapa de amplificación de un láser semilla de diodo a 1187 nm. El proceso final de generación del segundo armónico se basa en la conversión de frecuencia no lineal en un cristal SBO mantenido bajo una atmósfera de N2 de alta pureza (pureza 5,0). La radiación fundamental aún presente en el haz después del paso final de generación del segundo armónico se separa mediante tres espejos recubiertos de dieléctrico. Para las mediciones de absorción, utilizamos un PMT frontal (R6835, Hamamatsu) montado dentro de la cámara de vacío y operado a 2,5 kV. Utilizamos el mismo segmento de la muestra X260 que en la ref. 7. El segmento en uso tiene una geometría cilíndrica con un diámetro de 3,1 (1) mm y una longitud de 4,2 (1) mm y estaba orientado de manera que la viga atravesaba la línea central de la pieza. La concentración promedio medida de 229Th en el segmento fue 6,6 (5) × 1015 mm-3. El láser semilla del FHG-TA se fijó al láser de reloj (CLS, TOPTICA) a través de un bloqueo de fase de frecuencia compensada. Un fotodiodo rápido con un ancho de banda de 10 GHz midió la frecuencia de pulsación entre los dos láseres, que luego se mezcló con una frecuencia de referencia. El bucle rápido de esta cerradura actuaba sobre la corriente del diodo láser semilla, y el bucle lento se usaba para dirigir la rejilla del diodo láser. El láser se escaneó modulando la frecuencia de referencia. Al igual que los actuadores del bloqueo de compensación, el bloqueo de Pound-Drever-Hall del láser de reloj a la cavidad también se configuró de manera que el bucle de retroalimentación rápida actuara sobre la corriente del diodo láser, mientras que la señal de retroalimentación lenta del esquema de Pound-Drever-Hall controlaba la posición de la rejilla para la retroalimentación óptica al diodo láser. Para mediciones de comparación de reloj y mediciones de velocidad de deriva de la cavidad, la frecuencia de batido fb del láser de reloj con el peine de frecuencia (FC1500-250-ULN, Menlo) se registró utilizando un contador de frecuencia sin tiempo muerto (K+K FXE) operado en modo de conteo tipo Π61,62 en un tiempo de puerta de 1 s. Nuestro método para comparar el reloj de torio en TU Wien con el reloj Yb+ (TOPTICLOCK, TOPTICA)63 en BEV sigue el esquema descrito en la ref. 7. El reloj Yb+ se basó en la transición E2 de 435,5 nm de un solo ion 171Yb. Todos los sintetizadores y contadores de frecuencia en el sistema de reloj 229Th y el peine de frecuencia estaban referenciados a la señal de 10 MHz de un reloj Rb comercial (FS725, SRS). Para realizar una medición de absorción a una frecuencia específica, modulamos (onda cuadrada) la frecuencia de bloqueo de compensación entre el diodo láser semilla y el láser de reloj. con 10 Hz entre la frecuencia objetivo y una frecuencia fuera de resonancia. Cada ciclo de modulación también se reflejó en una señal de sincronización conectada a un contador de pulsos con resolución de tiempo (TimeTagger Ultra, Swabian Instruments). La modulación aseguró que las fluctuaciones de potencia en la salida del láser no afectaran la medición. La configuración de detección consta de un PMT, un amplificador de radiofrecuencia y un contador de pulsos, que agrupa los pulsos que llegan del PMT en relación con el último flanco de sincronización. Luego, la absorción se calculó restando los recuentos de resonancia de los recuentos de fuera de resonancia y dividiéndolos por los recuentos de fuera de resonancia. Operación del reloj Para operar la configuración como un reloj, primero adquirimos un espectro de absorción único, como se muestra en Datos extendidos Fig. 2a. Observamos que la forma de una línea de Lorentz se ajusta bien a nuestros datos de medición de absorción. Luego medimos la señal de error esperada (Datos ampliados, figura 2b). Para medir una señal de error, modulamos la frecuencia de bloqueo de compensación con 10 Hz entre dos frecuencias, flujo y alto. La diferencia Δf = fhigh – flujo se mantuvo constante durante la medición, y solo el centro fue barrido a través de la resonancia. En nuestras mediciones, utilizamos una desviación de frecuencia Δf de \({f}_{{\rm{FWHM}}}/\sqrt{3}\), donde fFWHM describe el FWHM del pico de absorción medido (Datos ampliados, Fig. 2a). Ajustamos esta señal con la función $${y}_{{\rm{f}}{\rm{i}}{\rm{t}}}(f)=\frac{{A}_{{\rm{L}}}}{1+{\left(\frac{f+\Delta f/2}{\gamma }\right)}^{2}}-\frac{{A}_{{\rm{L}}}}{1+{\left(\frac{f-\Delta f/2}{\gamma }\right)}^{2}},$$donde AL es la amplitud y γ es la mitad del ancho en la mitad del máximo del Lorentziano. Para el funcionamiento del reloj, la frecuencia del láser se cambió nuevamente entre dos frecuencias mientras ajustamos la posición central con la retroalimentación. Para ambas posiciones de frecuencia se registraron los conteos clow,i y chigh,i, donde i es el índice de medición para promediar la señal. La señal de error aplicada E se puede calcular como $$E(c)={y}_{{\rm{fit}}}^{-1}\left(\frac{1}{L}\mathop{\sum }\limits_{i=1}^{L}\frac{{c}_{{\rm{high}},i}-{c}_{{\rm{low}},i}}{({c}_{{\rm{high}},i}+{c}_{{\rm{low}},i})/2}\right),$$con el número de ciclos L y la función de ajuste inverso \({y}_{{\rm{ajuste}}}^{-1}(c)\). La Fig. 2c de Datos Extendidos ilustra un paso de ajuste inferido por el cálculo de E. Con los tiempos de integración establecidos en la operación del reloj, el latido se desplazó después de cada ciclo de interrogación por el valor calculado E, como se muestra en la Fig. 1 de Datos Extendidos. Variación de las constantes fundamentales La variación de α
