We report on two ultrastable lasers each stabilized to independent silicon Fabry-Pérot cavities operated at 124 K. The fractional frequency instability of each laser is completely determined by the fundamental thermal Brownian noise of the mirror coatings with a flicker noise floor of 4×10^{-17} for integration times between 0.8 s and a few tens of seconds. We rigorously treat the notorious divergences encountered with the associated flicker frequency noise and derive methods to relate this noise to observable and practically relevant linewidths and coherence times. The individual laser linewidth obtained from the phase noise spectrum or the direct beat note between the two lasers can be as small as 5 mHz at 194 THz. From the measured phase evolution between the two laser fields we derive usable phase coherence times for different applications of 11 to 55 s.

The advent of novel measurement instrumentation can lead to paradigm shifts in scientific research. Optical atomic clocks, due to their unprecedented stability and uncertainty, are already being used to test physical theories and herald a revision of the International System of units (SI). However, to unlock their potential for cross-disciplinary applications such as relativistic geodesy, a major challenge remains. This is their transformation from highly specialized instruments restricted to national metrology laboratories into flexible devices deployable in different locations. Here we report the first field measurement campaign performed with a ubiquitously applicable $^{87}$Sr optical lattice clock. We use it to determine the gravity potential difference between the middle of a mountain and a location 90 km apart, exploiting both local and remote clock comparisons to eliminate potential clock errors. A local comparison with a $^{171}$Yb lattice clock also serves as an important check on the international consistency of independently developed optical clocks. This campaign demonstrates the exciting prospects for transportable optical clocks.

Abstract Leveraging the unrivalled performance of optical clocks as key tools for geo-science, for astronomy and for fundamental physics beyond the standard model requires comparing the frequency of distant optical clocks faithfully. Here, we report on the comparison and agreement of two strontium optical clocks at an uncertainty of 5 × 10 −17 via a newly established phase-coherent frequency link connecting Paris and Braunschweig using 1,415 km of telecom fibre. The remote comparison is limited only by the instability and uncertainty of the strontium lattice clocks themselves, with negligible contributions from the optical frequency transfer. A fractional precision of 3 × 10 −17 is reached after only 1,000 s averaging time, which is already 10 times better and more than four orders of magnitude faster than any previous long-distance clock comparison. The capability of performing high resolution international clock comparisons paves the way for a redefinition of the unit of time and an all-optical dissemination of the SI-second.

We present a laser system based on a 48 cm long optical glass resonator. The large size requires a sophisticated thermal control and optimized mounting design. A self-balancing mounting was essential to reliably reach sensitivities to acceleration of below Δν/ν<2×10(-10)/g in all directions. Furthermore, fiber noise cancellations from a common reference point near the laser diode to the cavity mirror and to additional user points (Sr clock and frequency comb) are implemented. Through comparison with other cavity-stabilized lasers and with a strontium lattice clock, instability of below 1×10(-16) at averaging times from 1 to 1000 s is revealed.

We present a transportable optical clock (TOC) with Sr87. Its complete characterization against a stationary lattice clock resulted in a systematic uncertainty of 7.4×10−17, which is currently limited by the statistics of the determination of the residual lattice light shift, and an instability of 1.3×10−15/τ with an averaging time τ in seconds. Measurements confirm that the systematic uncertainty can be reduced to below the design goal of 1×10−17. To our knowledge, these are the best uncertainties and instabilities reported for any transportable clock to date. For autonomous operation, the TOC has been installed in an air-conditioned car trailer. It is suitable for chronometric leveling with submeter resolution as well as for intercontinental cross-linking of optical clocks, which is essential for a redefinition of the International System of Units (SI) second. In addition, the TOC will be used for high precision experiments for fundamental science that are commonly tied to precise frequency measurements and its development is an important step to space-borne optical clocks.Received 20 September 2016DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.073601© 2017 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasAtomic spectraAtomic, optical & lattice clocksCooling & trappingAtomic, Molecular & Optical

Polymorphonuclear granulocytes (PMN) play a crucial role in host defense. Physiologically, exposure of PMN to the complement activation product C5a results in a protective response against pathogens, whereas in the case of systemic inflammation, excessive C5a substantially impairs neutrophil functions. To further elucidate the inability of PMN to properly respond to C5a, this study investigates the role of the cellular membrane potential of PMN in response to C5a.Electrophysiological changes in cellular and mitochondrial membrane potential and intracellular pH of PMN from human healthy volunteers were determined by flow cytometry after exposure to C5a. Furthermore, PMN from male Bretoncelles-Meishan-Willebrand cross-bred pigs before and three hours after severe hemorrhagic shock were analyzed for their electrophysiological response.PMN showed a significant dose- and time-dependent depolarization in response to C5a with a strong response after one minute. The chemotactic peptide fMLP also evoked a significant shift in the membrane potential of PMN. Acidification of the cellular microenvironment significantly enhanced depolarization of PMN. In a clinically relevant model of porcine hemorrhagic shock, the C5a-induced changes in membrane potential of PMN were markedly diminished compared to healthy littermates. Overall, these membrane potential changes may contribute to PMN dysfunction in an inflammatory environment.