Los fonones son unidades discretas de energía vibratoria predichas por la mecánica cuántica que corresponden a oscilaciones colectivas de átomos dentro de una molécula o un cristal. Cuando tales vibraciones son producidas por la luz que interactúa con un material, la energía vibratoria puede transferirse de un lado a otro entre individuosfonones y paquetes individuales de energía luminosa, los fotones. Este proceso se llama efecto Raman.
En un nuevo estudio, el laboratorio de Christophe Galland en el Instituto de Física de EPFL ha desarrollado una técnica para medir, en tiempo real y a temperatura ambiente, la creación y destrucción de fonones individuales, abriendo posibilidades interesantes en varios campos comoespectroscopía y tecnologías cuánticas.
La técnica utiliza pulsos láser ultracortos, que son ráfagas de luz que duran menos de 10-13 segundos una fracción de una billonésima de segundo. Primero, uno de esos pulsos se dispara sobre un cristal de diamante para excitar un solofonón dentro de él. Cuando esto sucede, se crea un fotón asociado a una nueva longitud de onda a través del efecto Raman y se observa con un detector especializado, anunciando el éxito del paso de preparación.
Segundo, para interrogar al cristal y sondear el fonón recién creado, los científicos disparan otro pulso láser al diamante. Gracias a otro detector, ahora registran fotones que han reabsorbido la energía de la vibración. Estos fotones son testigos de que el fonóntodavía estaba vivo, lo que significa que el cristal todavía vibraba exactamente con la misma energía.
Esto está en fuerte contradicción con nuestra intuición: estamos acostumbrados a ver que los objetos vibrantes pierden progresivamente su energía con el tiempo, como una cuerda de guitarra cuyo sonido se desvanece. Pero en la mecánica cuántica esto es "todo o nada": el cristal vibracon una energía específica o está en su estado de reposo; no se permite ningún estado intermedio. Por lo tanto, la descomposición del fonón a lo largo del tiempo se observa como una disminución de la probabilidad de encontrarlo en el estado excitado en lugar de haber saltado alestado de reposo.
A través de este enfoque, los científicos podrían reconstruir el nacimiento y la muerte de un solo fonón analizando la salida de los dos detectores de fotones. "En el lenguaje de la mecánica cuántica, el acto de medir el sistema después del primer pulso crea un pozo-"El estado cuántico definido del fonón, que es sondeado por el segundo pulso", dice Christophe Galland. "Por lo tanto, podemos mapear la decadencia del fonón con una resolución de tiempo muy fina cambiando el retraso de tiempo entre los pulsos de cero a unas pocas billonésimas de segundo10-12 segundos o picosegundos "
La nueva técnica se puede aplicar a muchos tipos diferentes de materiales, desde cristales a granel hasta moléculas individuales. También se puede refinar para crear estados cuánticos vibracionales más exóticos, como estados entrelazados donde la energía se "deslocaliza" en dos modos vibratoriosY todo esto se puede realizar en condiciones ambientales, destacando que pueden ocurrir fenómenos cuánticos exóticos en nuestra vida diaria, solo tenemos que mirar muy rápido.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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