El entrelazamiento es un fenómeno peculiar de la física cuántica en el que dos partículas están inherentemente relacionadas entre sí, independientemente de la distancia entre ellas. Cuando se mide uno, inmediatamente se da la otra medida. Investigadores de la Universidad de Purdue han propuesto una forma nueva y poco convencional de generar una fuente de luz especial que consta de fotones entrelazados. El 6 de septiembre de 2022, publicaron sus hallazgos en investigación de revisión física.

El equipo propuso un método para generar entrelazamiento fotones En longitudes de onda del ultravioleta extremo (XUV) donde actualmente no existe tal fuente. Su trabajo proporciona una hoja de ruta sobre cómo se generan y utilizan estos fotones entrelazados para rastrear la dinámica de los electrones en moléculas y materiales en escalas de tiempo increíblemente cortas de attosegundos.

“Garantizamos que los fotones entrelazados en nuestro trabajo llegarán a una ubicación específica en un período muy corto de attosegundos, siempre que viajen la misma distancia”, dice el Dr. Niranjan Shivaram, profesor asociado de Física y Astronomía. “Esta correlación en su tiempo de llegada los hace muy útiles para medir eventos ultrarrápidos. Una aplicación importante es la medición de attosegundos para ampliar los límites de medición para los fenómenos de escala de tiempo más cortos. La fuente de fotones entrelazados también se puede usar en imágenes cuantitativas y espectroscopia. ., donde se ha demostrado que los fotones entrelazados mejoran el poder de obtener la información, pero ahora en XUV e incluso en longitudes de onda de rayos X”.

Los autores de la publicación titulada “Atosegundo fotones entrelazados de dosFotón Decaying Unstable Atoms: A Source for Attosecond Experiments and Beyond”, todos del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Purdue y en colaboración con el Instituto de Ciencia e Ingeniería Cuántica de Purdue (PQSEI). Universidad; Sidant Pandey, candidato a doctorado en ultrarrápido experimental espectroscopia, y el Dr. Chris H. Greene Albert Overhauser, profesor de física y astronomía, y el Dr. Shivaram.

“El Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Purdue tiene un sólido Programa de Física Atómica, Molecular y Óptica (AMO), que reúne a expertos en los diversos subcampos de AMO”, dice Shivaram. “El conocimiento experto de Chris Greene sobre física atómica teórica combinado con la experiencia de Niranjan en el campo relativamente joven de las ciencias experimentales de attosegundos condujo a este proyecto colaborativo. Si bien muchas universidades tienen programas AMO, el programa AMO de Purdue es singularmente diverso en el sentido de que cuenta con expertos en múltiples subcampos de la ciencia AMO”.

Cada investigador jugó un papel importante en esta investigación en curso. Green inicialmente propuso la idea de usar fotones emitidos por átomos de helio como fuente de fotones entrelazados, y Shivaram sugirió aplicaciones para la ciencia del attosegundo y los esquemas experimentales propuestos. A continuación, Wang y Green desarrollaron el marco teórico para calcular la emisión de fotones entrelazados a partir de átomos de helio, mientras que Pandey y Shivaram hicieron estimaciones de las tasas de emisión/absorción de fotones entrelazados y elaboraron los detalles de los esquemas experimentales de attosegundos propuestos.

La publicación marca el comienzo de esta investigación de Shivaram y Greene. En este post, los autores propusieron la idea y trabajaron los aspectos teóricos del experimento. Shivaram y Green planean continuar colaborando en otras ideas experimentales y teóricas. El laboratorio de Shivaram, Ultrafast Quantum Dynamics Group, está construyendo actualmente un dispositivo para demostrar experimentalmente algunas de estas ideas. Según Shivaram, la esperanza es que otros investigadores en la ciencia del attosegundo comiencen a trabajar en estas ideas. Los esfuerzos concertados de varios grupos de investigación podrían aumentar el impacto de este trabajo. Eventualmente, esperan alcanzar la escala de tiempo de los fotones entrelazados hasta el zeptosegundo, 10^-21 Segundos.

“Los experimentos generalmente se realizan en escalas de tiempo de attosegundos utilizando pulsos de láser de attosegundos como ‘destellos’ para ‘imagen’ de electrones. Los límites actuales en estos pulsos son de alrededor de 40 attosegundos. Nuestra idea propuesta de usar fotones entrelazados puede llevar esto a unos pocos segundos o zeptosegundos”, dice. Shivaram.

Para comprender el tiempo, uno debe comprender que los electrones juegan un papel esencial en la determinación del comportamiento de los átomos, las moléculas y los sólidos. El rango de tiempo del movimiento de los electrones suele ser en femtosegundos (una millonésima de una billonésima de segundo – 10).^-15 segundos) y un atosegundo (una milmillonésima de una milmillonésima de segundo, o 10^-18 segundos) escala. Según Shivaram, es necesario comprender mejor la dinámica de los electrones y rastrear su movimiento en estas escalas de tiempo muy cortas.

“El objetivo del campo de la ciencia ultrarrápida es producir ‘películas’ de electrones y luego usar la luz para controlar el comportamiento de estos electrones para diseñar reacciones químicas, fabricar materiales con nuevas propiedades, fabricar dispositivos a escala molecular, etc.” Él dice. “Esta es la interacción luz-materia en su nivel más básico, y las posibilidades de descubrimiento son muchas. Un zeptosegundo es 10^-21 Segundos. Mil zeptosegundos es llegar de nuevo. Los investigadores recién ahora están comenzando a explorar el fenómeno del zeptosegundo, aunque experimentalmente es esquivo debido a la falta de pulsos de láser de zeptosegundo. Nuestro enfoque único para usar fotones entrelazados En lugar de fotones en pulsos de láser, podrían permitirnos acceder al régimen de zeptosegundos. Esto requerirá un esfuerzo experimental significativo y es probable que sea factible en un marco de tiempo de cinco años”.