Nuevo récord en fotones comprimidos (squeezed)

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Para un fotón el principio de indeterminación de Heisenberg relaciona su amplitud y su fase, ΔA Δψ ≤ ℏ/2. Usando fotones comprimidos (squeezed) se puede decrecer el error en fase Δψ a costa de incrementarlo en amplitud ΔA. Un equipo de la Universidad de Hanover, Alemania, ha logrado un nuevo récord en la compresión de fotones en fase, en concreto, una reducción en un factor de 32, es decir, 15 dB (decibelios), para fotones de 1064 nm. Esta longitud de onda es la que se usa en los observatorios de ondas gravitacionales por interferometría láser, como LIGO, Virgo y GEO. De hecho, estos detectores son la aplicación más importante de los fotones comprimidos. Por supuesto, también tiene otras aplicaciones en metrología cuántica.

Como se observa en la figura el error (ruido) en fase decrece −15 dB a costa de que en amplitud crezca +24 dB, para una potencia del láser de 16 mW; para una potencias menores se logran −10 dB / +11 dB para 7 mW, y −5 dB / +5 dB para 1,6 mW. La diferencia entre ambos valores decrece conforme crece la frecuencia de repetición de los fotones (el láser actúa en modo pulsado). Por cierto, para generar luz comprimida (squeezed light) se un cristal no lineal (fotodiodo p-i-n de InGaAs) que produce dos fotones por cada fotón incidente. Estos dos fotones están correlacionados entre sí y se puede reducir mucho el error en fase en uno de ellos a costa de incrementarlo mucho en el otro (para la amplitud ocurre lo contrario).

Los detectores de ondas gravitacionales usarán este tipo de técnica dentro de unos años, lo que permitirá incrementar su sensibilidad. El artículo es Henning Vahlbruch, Moritz Mehmet, …, Roman Schnabel, “Detection of 15 dB Squeezed States of Light and their Application for the Absolute Calibration of Photoelectric Quantum Efficiency,” Physical Review Letters 117: 110801 (06 Sep 2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.117.110801; más información divulgativa en Matteo Rini, “Synopsis: A Tight Squeeze,” APS Physics, 06 Sep 2016. En español puedes leer “Comprimiendo la luz para detectar mejor ondas gravitacionales,” Próxima, Next, Vozpópuli, 13 Sep 2016.

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La luz comprimida fue producida por primera vez en 1985 haciendo pasar la luz de un láser por un gas de átomos de sodio confinados en una cavidad óptica. En teoría la compresión no tiene límite, pero en la práctica hay muchas fuentes de ruido que limitan el nivel de compresión que se puede alcanzar. Por ello, los diferentes récord de compresión se han ido alcanzando conforme se han ido reduciendo estas fuentes de ruido usando esquemas experimentales más refinados. En 2008 se logró un récord de 10 dB y en 2010 se alcanzó 12,7 dB. Estos estados comprimidos de récord se han usado desde 2011 en el detector de ondas gravitacionales GEO 600; sin embargo, LIGO y Virgo usan versiones menos avanzadas.

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El ruido cuántico de fondo (vacuum noise) sin luz comprimida de –40 dB se reduce hasta –55 dB cuando se aplica la compresión (squeezed vacuum noise). El récord teórico máximo está determinado por el ruido eléctronico (electronic dark noise) de unos –67 dB, aunque hay otras muchas fuentes de ruido y se requieren importantes avances para lograr una compresión de más de 15 dB. Pero seguro que en los próximos años el ingenio de los físicos logrará nuevos récord.

 



4 Comentarios

  1. Buenos días

    Muchas gracias por tu tiempo y dedicación a la divulgación. Tengo una duda relacionada con el Principio de Incertidumbre aunque está centrada en el átomo por lo que pido disculpas. Querría saber si es factible considerar una teoría que implicara una deslocalización de la probabilidad electrónica, pero que fuera nula no ya en el núcleo como se acepta actualmente si no también lo fuese a una distancia “muy cercana” del núcleo. Por ejemplo, dicha teoría implicase probabilidad 0 de encontrar al electrón del H atómico en 1s en 0,1 A o esto es imposible dados los datos experimentales de difracción aun considerando el Principio de Incertidumbre. Creo que la duda será sencilla, pero no tengo base. Gracias.

    1. Carlos, el Principio de Indeterminación no implica una “deslocalización de la probabilidad electrónica” en el núcleo (no entiendo tu “como se acepta actualmente”). No entiendo tu “si no también lo fuese a una distancia “muy cercana” del núcleo”. ¿?

  2. Buenas tardes y gracias por tu respuesta. Para ilustrar lo que decía que se aceptaba actualmente como Probabilidad cero iba al caso más sencillo que es el 1s del Hidrógeno del que dejo este enlace: http://www.chemistry.mcmaster.ca/esam/Chapter_3/section_2.html Concretamente la Fig. 3-5. The radial distribution function Q1(r) for an H atom. Dada esa distribución se le da una probabilidad cero a encontrar el electrón a una distancia radial respecto al núcleo de 0 y a partir de ahí se le da una probabilidad. En el caso de dicha gráfica con el eje X en unidades de radios de Bohr. Lo que preguntaba es si se conoce con total seguridad experimental que hay densidad de probabilidad de encontrar el electrón justo después de ese 0 o si hay incertidumbre en conocer la posición del electrón y por ejemplo la probabilidad de encontrar al electrón en lugar de iniciarse justo tras la distancia 0, podría iniciarse en 0,2 radios de Bohr. Gracias y espero no haberme liado 🙂

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 14 septiembre, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science
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