in

I ricercatori propongono un nuovo modo per creare una sorgente di luce da fotoni entangled

fotone

Credito: Pixabay/CC0 di dominio pubblico

L’entanglement è uno strano fenomeno nella fisica quantistica in cui due particelle sono intrinsecamente connesse, indipendentemente dalla distanza tra loro. Se uno viene misurato, l’altra misura viene data immediatamente. I ricercatori della Purdue University hanno proposto un approccio nuovo e non convenzionale per creare una sorgente di luce specializzata di fotoni entangled. Il 6 settembre 2022 hanno pubblicato i loro risultati in Ricerca di revisione fisica.

Il team ha proposto un metodo per generare fotoni entangled a lunghezze d’onda nell’ultravioletto estremo (XUV), dove attualmente non esiste tale sorgente. Il loro lavoro fornisce una tabella di marcia su come questi fotoni entangled possono essere generati e utilizzati per tracciare la dinamica degli elettroni nelle molecole e nei materiali su scale temporali di attosecondi incredibilmente brevi.

“È garantito che i fotoni entangled nel nostro lavoro arrivino in una posizione specifica entro una brevissima durata di attosecondi, purché viaggino alla stessa distanza”, afferma il dott. Niranjan Shivaram, assistente professore di fisica e astronomia. “Questa correlazione nel loro tempo di arrivo li rende molto utili per misurare eventi ultraveloci. Un’applicazione importante è la metrologia ad attosecondi per estendere i limiti dei fenomeni di misurazione sulla scala temporale più breve. Questa fonte di fotoni entangled può essere utilizzata anche nell’imaging quantistico e nella spettroscopia, dove è stato dimostrato che i fotoni entangled migliorano la capacità di raccogliere informazioni, ma ora a lunghezze d’onda XUV e persino dei raggi X.

Gli autori dell’articolo, intitolato Attosecond Entangled Photons from Two Photon Decays of Metastable Atoms: A Source for Attosecond Experiments and Beyond, provengono tutti dal Dipartimento di Fisica e Astronomia della Purdue University e lavorano con il Purdue Quantum Science and Engineering Institute (PQSEI). ). sei il dott Yimeng Wang, neolaureato della Purdue University; Siddant Pandey, Ph.D. candidato nel campo della spettroscopia sperimentale ultraveloce; dott Chris H. Greene, illustre professore di fisica e astronomia di Albert Overhauser; e il dott Shivaram.

“Il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Purdue ha un forte programma di Fisica Atomica, Molecolare e Ottica (AMO) che riunisce esperti di diversi sottocampi dell’AMO”, afferma Shivaram. “La conoscenza esperta di Chris Greene della fisica atomica teorica, combinata con il background di Niranjan nel campo relativamente giovane della scienza sperimentale degli attosecondi, ha portato a questo progetto collaborativo. Mentre molte università hanno programmi AMO, il programma AMO di Purdue è straordinariamente diversificato in quanto ha esperti in più sottocampi della scienza AMO”.

Ogni ricercatore ha svolto un ruolo significativo in questa ricerca in corso. Greene ha inizialmente proposto l’idea di utilizzare i fotoni emessi dagli atomi di elio come fonte di fotoni entangled, e Shivaram ha proposto applicazioni nella scienza degli attosecondi e ha proposto schemi sperimentali. Wang e Greene hanno quindi sviluppato il quadro teorico per calcolare l’emissione di fotoni entangled dagli atomi di elio, mentre Pandey e Shivaram hanno stimato i tassi di emissione/assorbimento di fotoni entangled e hanno elaborato i dettagli degli schemi sperimentali di attosecondi proposti.

La pubblicazione segna l’inizio di questa ricerca per Shivaram e Greene. In questa pubblicazione, gli autori propongono l’idea ed elaborano gli aspetti teorici dell’esperimento. Shivaram e Greene intendono continuare a collaborare su idee sperimentali e ulteriori teoriche. Il laboratorio di Shivaram, l’Ultrafast Quantum Dynamics Group, sta attualmente costruendo un apparato per dimostrare sperimentalmente alcune di queste idee. Secondo Shivaram, c’è speranza che altri ricercatori nella scienza degli attosecondi inizieranno a lavorare su queste idee. Uno sforzo concertato da parte di molti gruppi di ricerca potrebbe aumentare ulteriormente l’impatto di questo lavoro. Alla fine sperano di ridurre la scala temporale dei fotoni entangled al ceptosecondo, 10-21 secondi.

“In genere, gli esperimenti vengono eseguiti su scale temporali di attosecondi, utilizzando impulsi laser ad attosecondi come ‘luce flash’ per ‘immaginare’ gli elettroni. I limiti di corrente per questi impulsi sono di circa 40 attosecondi ceptosecondi”, afferma Shivaram.

Per capire i tempi, bisogna capire che gli elettroni giocano un ruolo fondamentale nel determinare il comportamento di atomi, molecole e materiali solidi. La scala temporale del movimento degli elettroni è tipicamente nel femtosecondo (un milionesimo di miliardesimo di secondo – 10-quindici secondi) e attosecondi (un miliardesimo di miliardesimo di secondo o 10-18 secondi) scala. Secondo Shivaram, è essenziale acquisire informazioni sulla dinamica degli elettroni e tracciare il loro movimento su queste scale temporali ultra brevi.

“L’obiettivo della scienza ultraveloce è quello di realizzare tali ‘film’ di elettroni e quindi utilizzare la luce per controllare il comportamento di quegli elettroni per controllare le reazioni chimiche, creare materiali con nuove proprietà, creare dispositivi su scala molecolare, ecc.”, afferma. “Questa è l’interazione luce-materia al suo livello più elementare e ci sono molte vie di scoperta. Un singolo cettosecondo è 10-21 secondi. Mille ceptosecondi sono un attosecondo. I ricercatori stanno solo ora iniziando a esplorare il fenomeno dei ceptosecondi, sebbene sia sperimentalmente irraggiungibile a causa della mancanza di impulsi laser dei ceptosecondi. Il nostro approccio unico all’utilizzo di fotoni entangled invece di fotoni negli impulsi laser potrebbe consentirci di raggiungere il regime dei ceptosecondi. Ciò richiederà uno sforzo sperimentale significativo ed è probabile che sia possibile in un lasso di tempo di cinque anni”.


Laser ad elettroni liberi a raggi X ad attosecondi ad alta luminosità basato sulla direzione del fronte d’onda


Maggiori informazioni:
Yimeng Wang et al, Fotoni ad attosecondi dal decadimento di due fotoni di atomi metastabili: una fonte per esperimenti ad attosecondi e oltre, Ricerca di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.L032038

Fornito dalla Purdue University

Citazione: I ricercatori propongono un nuovo modo per creare una fonte di fotoni entangled (9 settembre 2022) Estratto il 10 settembre 2022 da https://phys.org/news/2022-09-source-entangled-photons.html

Questo documento è protetto da copyright. Fatta eccezione per il commercio equo e solidale a scopo di studio o ricerca privata, nessuna parte può essere riprodotta senza autorizzazione scritta. Il contenuto è solo a scopo informativo.

Luna piena settembre 2022: come scattare una buona foto della luna del raccolto sul telefono o sulla fotocamera | fotografia

Luna piena settembre 2022: come ottenere una buona foto della luna del raccolto stasera sul tuo telefono o fotocamera | fotografia