FOTONOK Einstein 1905: fotoeffektus → hν energiájú fotonok

Az előadások a következő témára: "FOTONOK Einstein 1905: fotoeffektus → hν energiájú fotonok"— Előadás másolata:

1 FOTONOK Einstein 1905: fotoeffektus → hν energiájú fotonok
az érvelés nem igaz, de fotonok mégis vannak, csak ritkán külön: a fotonszám-sajátállapot egzotikus („a fotonszám rossz kvantumszám”) Poisson-eloszlásban lehetetlen kizárni, hogy ahol egy foton van, ott több is legyen (se rövid időkapuzással, se kis intenzitással) a koherens állapot közönséges Erősebb érv a fotonok mellett a fény-anyag kölcsönhatásban: indukált és spontán emisszió (Einstein 1917) Igazán erős bizonyíték: KÉTFOTON-KORRELÁCIÓK koincidenciában mérve 1956 Hanbury-Brown és Twiss : intenzitáskorrelációk csillagászatban és laboratóriumban ~1960 lézerek 1963 Glauber: fotodetektálás elmélete, kvantumoptika (2005 Nobel-díj) 1975 után Mandel et al.: kísérletek kétfoton-forrásokkal 1982-től (Aspect et al.) BELL-TESZTEK

2 Egyes fotonok detektálása?
FOTONDETEKTOROK klasszikus: fény → hő ~ intenzitás (bolométer) Egyes fotonok detektálása? Részecskeszámlálás Geiger-Müller (nem proporcionális!) üzemmódban: minden fotonra egy áramlökés nehézség máig is: időben közeli fotonok szétválasztása! FOTOELEKTRON-SOKSZOROZÓ (PM) LAVINA-FOTODIÓDA (APD) ugyanez félvezetőből (más hullámhossz: más anyag) (infrában, ami az üvegszálon jól terjed: távközlési alkalmazások!) vezetési sáv valencia-sáv 7 10 elektron/foton kb 50 % hatásfok sötét zaj

3 Szupravezető nanohuzal egyfoton-detektor
2001 óta – ma a leggyorsabb

4 Meissner-effektus kritikus B fölött nem éri meg szupravezetőnek lenni
Kritikus térerősség kritikus áram ~ n Cooper pár sűrűség A foton egyrészecske-gerjesztéseket kelt, csökkenti az n kondenzátum-sűrűséget, ezzel csökkenti a kritikus áramot A mintát áramgenerátorral a kritikus áram alatt hajtjuk meg. A fotontól a kritikus áram fölé kerül: MEGSZAKAD A SZUPRAVEZETÉS feszültség-lökés

5 a b i f: egy fotonnal kevesebb

6 a fotoelektronok detektálási valószínűsége
egy foton detektor sorszáma

7 τ Hanbury-Brown és Twiss 1956 2 1 0 termikus koherens
termikus koherens egy atom csapdázva τ

8

9 Hanbury-Brown és Twiss alkalmazta az effektust csillagászati interferometriára is:
két távoli detektor kétfoton-korrelációiból következtethetünk egy csillag méretére.

10 ω Az igazi kétfoton-kísérletek: paraméteres lekonvertálás ω/2 ω/2
Egy foton be, kettő ki: másodrendű (Pockels) nemlinearitás kell: reflexió-centrum nélküli kristályok (ADP, KDP stb.) ω/2 Transzverzális impulzusmegmaradás: a kúpon két ellentétes pontot blendékkel kell kiválasztani θ ω θ ω/2 Klasszikus nemlineáris optikában csak felharmonikus létezik, a lekonvertálás kvantumos effektus: páros spontán emisszió A θ kúpszöget a fázisillesztés = longitudinális impulzusmegmaradás követelménye határozza meg: (ilyen kristály kell)

11 Másodfajú paraméteres lekonvertálás: kettőstörő kristályban (pl. BBO),
a kijövő két foton két kúpon lép ki, különböző polarizációval A két kúp metszésvonalaihoz illesztett blendéken összefonódott fotonpár lép ki - sokféle variáció, pl.

12 Hong, Ou, Mandel 1987: kioltó kétfoton-interferencia
kb től: az első igazi EGYFOTON-FORRÁS: ha az egyik fotont detektálják, a párja egyedül lép ki ugyanakkor! (koincidenciában kell használni) Hong, Ou, Mandel 1987: kioltó kétfoton-interferencia 1 2 3 4 optikai harsona: késleltető, 0.1 fs pontossággal i Ebből lenne a koincidencia, de mivel bozonok, , így a koincidencia kioltódik a kétfoton-interferencia által!

13 késleltetés (optikai harsona)
A kioltáshoz a tökéletes optikai kollimáláson kívül IDŐBELI EGYBEESÉS kell, ami 0.1 fs-os pontosságú IDŐMÉRÉST tesz lehetővé koincidencia- szám 1 fs késleltetés (optikai harsona) a két ágba különböző polarizációt bevezetve megjelennek a koincidenciák („út-info elmossa az interferenciát”) a polarizációkülönbséget utólag (!!) (de még a detektor előtt) megszüntetve, újra eltűnik a koincidencia („kvantumradír”) További trükkös kombinációk: DM Greenberger, MA Horne and A Zeilinger 1993 Multi-particle interferometry and the superposition principle, Physics Today August pp22­29

14 A kvantumosság igazán megrázó tesztjeit
a Bell-egyenlőtlenségek gondolatvilágában született mérések jelentik: lásd a következő részben