Des chercheurs suggèrent une nouvelle façon de générer une source lumineuse composée de photons intriqués

Des chercheurs suggèrent une nouvelle façon de générer une source lumineuse composée de photons intriqués

photon

Crédit : Pixabay / Domaine public CC0

L’intrication est un phénomène étrange en physique quantique dans lequel deux particules sont intrinsèquement liées l’une à l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Quand l’un est mesuré, l’autre mesure est instantanément donnée. Des chercheurs de l’Université Purdue ont proposé une approche nouvelle et non conventionnelle pour générer une source de lumière spéciale composée de photons intriqués. Le 6 septembre 2022, ils ont publié leurs résultats dans Recherche de révision physique.

L’équipe a proposé une méthode pour générer des photons intriqués à des longueurs d’onde ultraviolettes extrêmes (XUV) là où aucune source de ce type n’existe actuellement. Leur travail fournit une feuille de route sur la façon de générer ces photons intriqués et de les utiliser pour suivre la dynamique des électrons dans les molécules et les matériaux sur des échelles de temps incroyablement courtes d’attosecondes.

“Les photons intriqués dans notre travail sont garantis pour arriver à un certain endroit dans un très court laps de temps d’attosecondes, tant qu’ils parcourent la même distance”, explique le Dr Niranjan Shivaram, professeur adjoint de physique et d’astronomie. “Cette corrélation dans leur temps d’arrivée les rend très utiles pour mesurer des événements ultrarapides. Une application importante est en métrologie attoseconde pour repousser les limites de la mesure des phénomènes sur une échelle de temps plus courte. Cette source de photons intriqués peut également être utilisée en imagerie quantique”. et la spectroscopie, où il a été démontré que les photons intriqués améliorent la capacité d’obtenir des informations, mais maintenant aux longueurs d’onde XUV et même aux rayons X.

Les auteurs de la publication, intitulée “Attosecond intangled photons from two-photon decay of metastable atomis: A source for attosecond experiences and beyond”, sont tous du département de physique et d’astronomie de l’Université Purdue et travaillent avec le Purdue Quantum Science and Engineering Institute ( PQSEI). Je suis le Dr Yimeng Wang, récemment diplômé de l’Université Purdue ; Siddant Pandey, candidat au doctorat dans le domaine de la spectroscopie ultrarapide expérimentale ; le Dr Chris H. Greene, éminent professeur de physique et d’astronomie d’Albert Overhauser ; et le Dr Shivaram.

“Le département de physique et d’astronomie de Purdue a un solide programme de physique atomique, moléculaire et optique (AMO), qui rassemble des experts dans divers sous-domaines de l’AMO”, explique Shivaram. “Les connaissances expertes de Chris Greene en physique atomique théorique, combinées à l’expérience de Niranjan dans le domaine relativement jeune de la science expérimentale de l’attoseconde, ont conduit à ce projet collaboratif. Alors que de nombreuses universités ont des programmes AMO, le programme AMO de Purdue est extraordinairement diversifié. car il a des experts dans plusieurs sous-domaines de l’AMO Science.”

Chaque chercheur a joué un rôle important dans cette recherche en cours. Greene a initialement suggéré l’idée d’utiliser des photons émis par des atomes d’hélium comme source de photons intriqués et Shivaram a suggéré des applications à la science attoseconde et a proposé des schémas expérimentaux. Wang et Greene ont ensuite développé le cadre théorique pour calculer l’émission de photons intriqués des atomes d’hélium, tandis que Pandey et Shivaram ont estimé les taux d’émission/absorption des photons intriqués et ont élaboré les détails des schémas expérimentaux attosecondes proposés.

La publication marque le début de cette quête pour Shivaram et Greene. Dans cette publication, les auteurs proposent l’idée et élaborent les aspects théoriques de l’expérience. Shivaram et Greene ont l’intention de continuer à collaborer sur des idées expérimentales et théoriques supplémentaires. Le laboratoire de Shivaram, l’Ultrafast Quantum Dynamics Group, construit actuellement un appareil pour démontrer expérimentalement certaines de ces idées. Selon Shivaram, l’espoir est que d’autres chercheurs en science attoseconde commenceront à travailler sur ces idées. Un effort concerté de nombreux groupes de recherche pourrait encore accroître l’impact de ces travaux. A terme, ils espèrent réduire l’échelle de temps des photons intriqués à la zeptoseconde, 10-21 secondes.

“En règle générale, les expériences sur des échelles de temps attosecondes sont réalisées en utilisant des impulsions laser attosecondes comme” stroboscope “pour” imager “les électrons. Les limites actuelles de ces impulsions sont d’environ 40 attosecondes. Notre idée proposée d’utiliser des photons intriqués. cela pourrait réduire en quelques attosecondes ou zeptosecondes », dit Shivaram.

Pour comprendre l’époque, il est nécessaire de comprendre que les électrons jouent un rôle fondamental dans la détermination du comportement des atomes, des molécules et des matériaux solides. L’échelle de temps du mouvement des électrons est typiquement de la femtoseconde (un millionième de milliardième de seconde-10-15 secondes) et attoseconde (un milliardième de milliardième de seconde, soit 10-18 secondes). Selon Shivaram, il est essentiel d’acquérir des informations sur la dynamique des électrons et de suivre leur mouvement sur ces échelles de temps ultra-courtes.

“L’objectif du domaine scientifique ultrarapide est de fabriquer de tels ‘films’ d’électrons, puis d’utiliser la lumière pour contrôler le comportement de ces électrons afin de concevoir des réactions chimiques, de créer des matériaux aux propriétés nouvelles, de fabriquer des dispositifs à l’échelle moléculaire, etc.” il dit. “C’est l’interaction lumière-matière à son niveau le plus élémentaire et les possibilités de découverte sont nombreuses. Une seule zeptoseconde correspond à 10-21 secondes. Mille zeptosecondes sont une attoseconde. Les chercheurs commencent seulement à explorer le phénomène zeptoseconde, bien qu’il soit expérimentalement hors de portée en raison du manque d’impulsions laser zeptoseconde. Notre approche unique consistant à utiliser des photons intriqués au lieu de photons dans des impulsions laser pourrait nous permettre d’atteindre le régime zeptoseconde. Cela nécessitera un effort expérimental considérable et devrait être possible d’ici cinq ans. »


Laser à rayons X à électrons libres attoseconde à haute luminosité basé sur le contrôle du front d’onde


Plus d’information:
Yimeng Wang et al, Photons intriqués à des attosecondes par la désintégration de deux photons d’atomes métastables : une source pour des expériences attosecondes et au-delà, Recherche de révision physique (2022). DOI : 10.1103 / PhysRevResearch.4.L032038

Fourni par l’Université Purdue

Citation: Des chercheurs suggèrent une nouvelle façon de générer une source de lumière à base de photons intriqués (2022, 9 septembre) récupérée le 10 septembre 2022 sur https://phys.org/news/2022-09-source-entangled- photons.html

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