🌟 Natura particulelor fotonilor cu quED

Introducere

Unul dintre cele mai fundamentale aspecte ale luminii este natura particulă a fotonilor, adică comportamentul lor ca particule discrete în anumite condiții experimentale. Un mod direct de a demonstra acest lucru este să arătăm că un foton nu se „împarte” între două direcții, cum ar face o undă, atunci când întâlnește un separator de fascicul (beam splitter).

🔬Cum demonstrăm natura particulă a fotonilor? Cea mai evidentă metodă pare să fie să luăm un foton individual și să arătăm că acesta nu se poate diviza:

Folosim un separator de fascicul (beam splitter) și detectoare de fotoni individuali la fiecare ieșire și verificăm dacă observăm un eveniment de detecție în același timp în ambele ieșiri.

O sursă de conversie parametrică spontană în jos (SPDC), precum quED, nu funcționează ca o sursă reală de fotoni individuali, ci ca o așa-numită sursă de fotoni individuali „heralded”. Aceasta generează perechi de fotoni. Datorită conservării energiei și impulsului, se produc întotdeauna perechi, astfel încât atunci când vedem un foton într-un braț, știm că există un foton și în celălalt braț. Pentru a demonstra acest lucru, folosim un braț al quED ca declanșator (heralding existența fotonului în celălalt braț) și realizăm experimente cu fotoni individuali cu al doilea braț. Experimental, analizăm doar coincidențele dintre aceste brațe:

Configurația arată astfel:

In acest caz, analizăm coincidențele duble (two-fold coincidences) dintre declanșator și detectoarele de după separatorul de fascicul. Acestea sunt evenimentele (heralded) de foton individual.

Dacă fotonul s-ar putea diviza (sau dacă nu am avea fotoni individuali heralded), am observa multe coincidențe triple (3-fold coincidences) între declanșator și ambele detectoare de după separatorul de fascicul. Acesta nu este cazul:

Avem multe coincidențe duble (fotoni individuali heralded) și (comparativ) foarte puține coincidențe triple (unde aceștia „se divid”).

De ce există totuși câteva coincidențe triple? Ai o explicație? Este presupunerea noastră incorectă? Sau este ceea ce fizicienii experimentali numesc „imperfecțiuni experimentale”?

Știi cum se poate caracteriza „calitatea” unei surse de fotoni individuali heralded? Câte coincidențe duble sau triple ne-am aștepta să vedem în cazul luminii „clasice”? Există o modalitate de a testa acest lucru experimental?

De ce ai nevoie?

1 x quED (se recomandă versiunea high rate)
1 x quED-HBT