Trap-integrated fluorescence detection with silicon photomultipliers for sympathetic laser cooling in a cryogenic Penning trap.

Autor:	Wiesinger M; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany., Stuhlmann F; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany., Bohman M; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany., Micke P; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany.; CERN, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland., Will C; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany., Yildiz H; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany., Abbass F; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany., Arndt BP; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany.; GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Devlin JA; CERN, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Erlewein S; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Fleck M; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan.; Graduate School of Arts and Sciences, University of Tokyo, 3-8-1 Komaba, Meguro, Tokyo 153-8902, Japan., Jäger JI; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany.; CERN, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Latacz BM; CERN, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Schweitzer D; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany., Umbrazunas G; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan.; Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, John-von-Neumann-Weg 9, 8093 Zürich, Switzerland., Wursten E; CERN, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Blaum K; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany., Matsuda Y; Graduate School of Arts and Sciences, University of Tokyo, 3-8-1 Komaba, Meguro, Tokyo 153-8902, Japan., Mooser A; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany., Quint W; GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany., Soter A; Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, John-von-Neumann-Weg 9, 8093 Zürich, Switzerland., Walz J; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany.; Helmholtz-Institut Mainz, Staudingerweg 18, 55128 Mainz, Germany., Smorra C; Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Germany.; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan., Ulmer S; RIKEN, Fundamental Symmetries Laboratory, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan.; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstrasse 1, 40225 Düsseldorf, Germany.
Jazyk:	angličtina
Zdroj:	The Review of scientific instruments [Rev Sci Instrum] 2023 Dec 01; Vol. 94 (12).
DOI:	10.1063/5.0170629
Abstrakt:	We present a fluorescence-detection system for laser-cooled 9Be+ ions based on silicon photomultipliers (SiPMs) operated at 4 K and integrated into our cryogenic 1.9 T multi-Penning-trap system. Our approach enables fluorescence detection in a hermetically sealed cryogenic Penning-trap chamber with limited optical access, where state-of-the-art detection using a telescope and photomultipliers at room temperature would be extremely difficult. We characterize the properties of the SiPM in a cryocooler at 4 K, where we measure a dark count rate below 1 s-1 and a detection efficiency of 2.5(3)%. We further discuss the design of our cryogenic fluorescence-detection trap and analyze the performance of our detection system by fluorescence spectroscopy of 9Be+ ion clouds during several runs of our sympathetic laser-cooling experiment. (© 2023 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).)
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