Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Επιβλέπων καθηγητής: κ. Κατσούφης Ηλίας Μαρία Δήμου Επιβράδυνση της ταχύτητας του φωτός.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Επιβλέπων καθηγητής: κ. Κατσούφης Ηλίας Μαρία Δήμου Επιβράδυνση της ταχύτητας του φωτός."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επιβλέπων καθηγητής: κ. Κατσούφης Ηλίας Μαρία Δήμου Επιβράδυνση της ταχύτητας του φωτός

2 Δείκτης Διάθλασης n=c/u c = km/sec: ταχύτητα φωτός στο κενό u =ταχύτητα φωτός στο εκάστοτε μέσο. Περιορισμένη μείωση ταχύτητας. Το διαμάντι προκαλεί μείωση μόνο κατά ένα παράγοντα 2.4

3 Καταφυγή στην Κβαντομηχανική Lene Vestergaard Hau Rowland Institute Harvard Μάρτιος ΄98 : πρώτο σημάδι επιβράδυνσης Ιούλιος ΄98 : ταχύτητα αεροπλάνου Αύγουστος΄98: 60km/h 2000: ολική παύση παλμού Επιβράδυνση ενός παλμού φωτός μέσα σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein ατόμων Na.

4 Δύο είδη ταχυτήτων…. Ένας παλμός φωτός αποτελείται από επιμέρους ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαφορετικής συχνότητας. φασική ταχύτητα : u = ω/k ομαδική ταχύτητα : u g =dω/dk  Στόχος είναι η δραστική μείωση της ομαδικής ταχύτητας

5 Συμπεριφορά u g u g = u+k(du/dk) u g =u[1-(k/n)*(dn/dk)] Ομαλή διασ π ορά dn/dk>0 dn/dk<0 u g u Μη ομαλή διασ π ορά n g = c / u g Ας ορίσουμε

6 u g ~ 1/(dn/dv)  Η ομαδική ταχύτητα είναι αντιστρόφως ανάλογη της κλίσης της γραφικής παράστασης του δείκτη διάθλασης συναρτήσει της συχνότητας.

7 Γράφημα n ( ν ) - ν Μέσα στη ζώνη απορρόφησης έχουμε την πιο απότομη κλίση του γραφήματος. Συνεπώς,είναι η κατάλληλη περιοχή για να πετύχουμε την πιο δραστική μεταβολή της u g. n(v) v Absorption band v0v0

8 Ένα άτομο συμπεριφέρεται σαν κύμα με λ = ħ/p. Καθώς το άτομο ψύχεται, η ορμή μειώνεται, με αποτέλεσμα το μήκος κύματος να αυξάνεται. Σε αυτές τις χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πυκνότητες, το λ γίνεται συγκρίσιμο με τις αποστάσεις μεταξύ των ατόμων. Tc=530nK Πρόκειται για τις ψυχρότερες περιοχές του σύμπαντος. Συμπύκνωμα Bose-Einstein ΄Ετσι,ένα αξιοσημείωτο ποσοστό ατόμων θα συμπυκνωθεί σε μία θεμελιώδη κβαντική κατάσταση.

9 Πειραματική Διάταξη για δημιουργία συμπυκνώματος Β-Ε candlestick Εκπομπή δέσμης ατόμων μέσης ταχύτητας 700m/s Zeeman slower Επιβράδυνση δέσμης στα 50m/s. MOT 6 δέσμες laser(Doppler) πηνίο 10 άτομα, 50μK, 6*10 cm -3 1 θεμελιώδης κατάσταση «4-Dee» ηλεκτρομαγνήτες Παγίδευση ατόμων στο κέντρο του ηλεκτρομαγνήτη Μόνο άτομα με spin αντίθετο της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου

10 Ψύξη με εξάτμιση Τα άτομα Na ψύχονται με εξάτμιση για 38s μέχρι και κάτω από τη Β-Ε θερμοκρασία. Τα θερμότερα εξ’ αυτών αποδρούν με τη βοήθεια ραδιοκυμάτων, αφήνοντας τα πιο ψυχρά να επανακατανείμουν την ενέργειά τους και να ισορροπήσουν σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται διαδοχικά μέχρι την τελική θερμοκρασία, η οποία ρυθμίζεται με την επιλογή της τελικής ραδιοσυχνότητας. Διαστάσεις νέφους 0,2mm μήκος 0,05mm διάμετρος

11 Χρησιμοποιούνται 3 καταστάσεις Νa 1. θεμελιώδης κατάσταση spin ηλεκτρονίου spin πυρήνα 2. spin ηλεκτρονίουspin πυρήνα 3. 1 η διεγερμένη στάθμη Ο προς επιβράδυνση παλμός(παλμός σήματος) είναι συντονισμένος στη συχνότητα που αντιστοιχεί στην 1-3 μετάβαση.

12 Η είσοδος του παλμού στο νέφος χωρίς καμία άλλη προετοιμασία, θα οδηγούσε στην πλήρη απορρόφησή του από τα άτομα, τα οποία αποδιεγερόμενα θα εξέπεμπαν φωτόνια με τυχαίο τρόπο προς όλες τις κατευθύνσεις, διασκορπίζοντας κάθε πληροφορία.

13 Ηλεκτρομαγνητικώς προκληθείσα διαφάνεια Μία δέσμη laser προσεκτικά επιλεγμένης συχνότητας εκπέμπει φως προς το μέσο, μετατρέποντάς το από αδιαφανές σε διαφανές, για μία άλλη δέσμη συγκεκριμένης συχνότητας. ΕΙΤ S.Harris Laser σύζευξης : 2-3 (coupling laser) Παλμός σήματος : 1-3 (probe pulse) Κβαντική υπέρθεση καταστάσεων 1 και 2: «Σκοτεινή κατάσταση…» ωp.ωp. ωcωc 1 2 3

14 Πώς προκύπτει η σκοτεινή κατάσταση... Χαμιλτονιανή αδιατάρακτου συστήματος : H o =ħω 1 |1 > < 3| Διαταραχή: Η Ι =ħΩ c cos(ω 2,3 t)|2> <3| Κυματοσυνάρτηση: | Ψ (t)>=α(t)|1> + b(t)|2> + c(t)|3> Ω=(Ω c 2 +Ω p 2 ) 1/2

15 Αρχική συνθήκη : | ψ(t= 0 )> = |1> α (t) = (Ω p 2 /Ω 2 )cos(Ωt) + Ω c 2 /Ω 2 b (t) = (Ω p Ω c /Ω 2 )cos(Ωt) – Ω p Ω c /Ω 2 c (t) = -i(Ωp/Ω)sin(Ωt) Pc = (Ω 2 p /Ω 2 )sin 2 (Ωt) Αν Ωc >>Ωp, Pc0  Συνεπώς έχουμε υπέρθεση των καταστάσεων |1> και |2> ! Το άτομο δεν απορροφά για κανένα t (πρώτα φωτίζουμε με το σύζευξης)

16 To laser σύζευξης χωρίζει την κατάσταση 3 σε δύο κοντινές ενεργειακές καταστάσεις ΙcΙc 1/2 Απότομη κλίση μικρή ταχύτητα

17 Το πεδίο του laser σύζευξης κάνει το νέφος διαφανές για έναν παλμό μικρού εύρους συχνοτήτων. n πάντα κοντά στο 1 φασικές ταχύτητες κοντά στο c λ παλμού, max ηλεκτρ.πεδίου : διατηρούνται

18 «Σημείο κλειδί» Δεν δημιουργούμε ένα μέσο με τεράστιο «Σημείο κλειδί» δείκτη διάθλασης, Αλλά με πολύ απότομη κλίση γύρω από την περιοχή συντονισμού!

19 Χωρική συμπίεση παλμού Η μπροστινή άκρη έχει εισέλθει στο μέσο και επιβραδύνεται Η πίσω άκρη τρέχει ακόμα με c… Ο παλμός συμπιέζεται σαν ακορντεόν! Τι γίνεται με την ενέργεια του παλμού? κατα τον ίδιο παράγοντα που μειώνεται και η ταχύτητα, n g

20 Προσφορά ενέργειας : άτομα του νέφους πεδίο laser σύζευξης παλμός κατάσταση |1> υπέρθεση |1>,|2> Όταν το κύμα και ο παλμός φτάσουν στο τέλος του νέφους, ο παλμός ανακτά την ενέργειά του και το εγκαταλείπει με ταχύτητα c και το αρχικό του μήκος! Τα χαρακτηριστικά των παλμών αποτυπώνονται στη στιγμιαία αναλογία των καταστάσεων 1και 2.

21 Παύση παλμού Ο παλμός σήματος βρίσκεται στο μέσο του νέφους. (έχει ήδη δημιουργηθεί «αποτύπωμα») Σβήνουμε το laser σύζευξης. Ο παλμός σήματος αναλώνεται στο να διατηρήσει τη σκοτεινή κατάσταση και να μεταφέρει άτομα στην 2. (λόγω της ελάχιστης ενέργειας που του έχει απομείνει,ελάχιστα επιπλέον άτομα μεταφέρονται στη 2, οπότε το «αποτύπωμα» δεν αλλοιώνεται σημαντικά). Ανάβουμε το laser σύζευξης Ο παλμός σήματος αναγεννάται

22

23

24 Άλλα πειράματα... Άτομα Rb σε θερμοκρασία ~70-90 C χρόνος αποθήκευσης ~ 0,5ms ug ~ug ~ 1km/s θάλαμος κενού ~ 4cm Άτομα praseodymium σε κρύσταλλο χρόνος αποθήκευσης ~ μερικά sec ug ~ug ~ 300m/s

25 φαρμογές Εφαρμογές Το αργό φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση και επεξεργασία οπτικών σημάτων και ανοίγει ορίζοντες στο πεδίο κβαντικών υπολογιστών και τηλεπικοινωνιών: Οπτικοί διακόπτες (optical switches) Χρησιμοποιώντας ένα laser σύζευξης για να προκαλέσουμε διαφάνεια σε ένα μέσο,ένα τρίτο laser ελέγχει αν οι παλμοί φωτός θα διαπερνούν ή όχι το μέσο. Optical delay lines Συσκευές που καθυστερούν την οπτική πληροφορία, αν αυτή καταφθάνει μαζικά την ίδια στιγμή. Καθυστερήσεις της τάξης micro-milliseconds σε ένα μέσο μήκους μόλις 0.1mm.Παρ’ότι θα μπορούσαμε να έχουμε παρόμοιες καθυστερήσεις στέλνοντας το σήμα σε μία οπτική ίνα,αυτή θα είχε μήκος μερικές εκατοντάδες χλμ.! Οι καθυστερήσεις μπορούν να προσαρμοστούν στις ανάγκες μας, απλώς ρυθμίζοντας την ένταση του laser σύζευξης.

26 Εφαρμογές Κβαντικοί υπολογιστές Θα μπορούσαν να λύσουν προβλήματα για τα οποία οι κλασικοί υπολογιστές θα χρειάζονταν πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε «παγωμένους» παλμούς για να αποτυπώσουμε την κβαντική πληροφορία σε ένα νέφος ατόμων,να την επεξεργαστούμε και κατόπιν να τους επανακατασκευάσουμε και να τους στείλουμε σε οπτικές ίνες.

27 Προοπτικές Μελέτη ιδιοτήτων του B.E.C. ‘Ενας παλμός που θα διαδιδόταν στο συμπύκνωμα με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του ήχου σε αυτό(1cm/sec), θα ανάγκαζε τα άτομα να «σερφάρουν» μαζί του, δημιουργώντας ταλαντώσεις σε όλο το συμπύκνωμα.Κάτι τέτοιο θα ήταν ένας νέος τρόπος να εξετάσουμε τις ιδιότητες υπερρευστότητας για τα συμπυκνώματα. Συμπυκνώματα μπορούν επίσης να δημιουργηθούν σε “vortex state”όπου το αέριο στροβιλίζεται.Εκεί,ένας αργός παλμός παρασύρεται μαζί με το αέριο,φαινόμενο παρόμοιο με αυτό που πιστεύεται οτι συμβαίνει κοντά στις μαύρες τρύπες.

28 ύ Προοπτικές Μη γραμμική οπτική Το αργό φως συνοδεύει ένα νέο είδος μη γραμμικής οπτικής, όπου ένας παλμός laser αλλάζει τις ιδιότητες ενός άλλου παλμού. Γενικά, για την επίτευξη μη γραμμικών οπτικών φαινομένων, χρησιμοποιούνται laser μεγάλης έντασης, ενώ με το αργό φως, τα αντίστοιχα φαινόμενα μπορούν να επιτευχθούν με πολύ χαμηλότερες εντάσεις.

29 Βιβλιογραφία H.J. Pain:φυσική των ταλαντώσεων και των κυμάτων Hecht :οπτική Τραχανάς:κβαντομηχανική Dieter Suter:the physics of Laser-Atom Interactions Phys.Rev.Lett Phys.Rev.Lett Phys.Rev.Lett Letters To Nature|vol 397| Letters To Nature|vol 409| quant-ph/ v2 5 Nov.2004 quant-ph/ v1 2 Apr.2004 Europhysics News(2004)vol.35 No2 wwwrsphysse.anu.edu.au SienCentralNews Scientific American

30 u g = c / (1+ω p (∂n/∂ω p ) = ½*ε 0 *|Ε| 2 [1+ω p (∂n/∂ω p )] P/A = u g ug=ug= n(ω p )+ω p (∂n/∂ω p ) c ≈ ħcε 0 |Ω c | 2 2ω p μ 13 | 2 Ν Na nuclear spin I=3/2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

31

32

33


Κατέβασμα ppt "Επιβλέπων καθηγητής: κ. Κατσούφης Ηλίας Μαρία Δήμου Επιβράδυνση της ταχύτητας του φωτός."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google