Los límites de las mediciones clásicas del movimiento mecánico se han superado las expectativas en los últimos años, por ejemplo, en la primera observación directa de ondas gravitacionales, que se manifestaron como pequeños desplazamientos de espejos en interferómetros ópticos a escala kilométrica. En la escala microscópica,Los microscopios de fuerza de resonancia atómica y magnética ahora pueden revelar la estructura atómica de los materiales e incluso detectar los giros de átomos individuales.
Pero la sensibilidad que podemos lograr usando medios puramente convencionales es limitada. Por ejemplo, el principio de incertidumbre de Heisenberg en mecánica cuántica implica la presencia de "acción de medición": el conocimiento exacto de la ubicación de una partícula destruye invariablemente cualquier conocimiento de su momentoy, por lo tanto, de predecir cualquiera de sus ubicaciones futuras.
Las técnicas de evasión de acción inversa están diseñadas específicamente para "esquivar" el principio de incertidumbre de Heisenberg controlando cuidadosamente qué información se obtiene y qué no se mide, por ejemplo, midiendo solo la amplitud de un oscilador e ignorando su fase.
En principio, tales métodos tienen una sensibilidad ilimitada pero a costa de aprender la mitad de la información disponible. Pero, aparte de los desafíos técnicos, los científicos generalmente han pensado que los efectos dinámicos que surjan de esta interacción optomecánica no conllevan más complicaciones.
Ahora, en un esfuerzo por mejorar la sensibilidad de tales mediciones, el laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL, trabajando con científicos de la Universidad de Cambridge e IBM Research - Zurich, ha descubierto dinámicas novedosas que imponen limitaciones inesperadas en la sensibilidad alcanzable. Publicado en Revisión física X , el trabajo muestra que pequeñas desviaciones en la frecuencia óptica junto con desviaciones en la frecuencia mecánica, pueden tener graves resultados, incluso en ausencia de efectos extraños, a medida que las oscilaciones mecánicas comienzan a amplificarse sin control, imitando la físicade lo que se llama un "oscilador paramétrico degenerado"
El mismo comportamiento se encontró en dos sistemas optomecánicos profundamente diferentes, uno operando con radiación óptica y otro con radiación de microondas, confirmando que la dinámica no era exclusiva de ningún sistema en particular. Los investigadores de EPFL cartografiaron el panorama de estas dinámicas ajustando las frecuencias, demostrando una combinación perfecta con la teoría.
"Se han conocido otras inestabilidades dinámicas durante décadas y se ha demostrado que afectan a los sensores de ondas gravitacionales", dice el científico del EPFL Itay Shomroni, primer autor del artículo. "Ahora, estos nuevos resultados deberán tenerse en cuenta en el diseño de futuros sensores cuánticos".y en aplicaciones relacionadas, como la amplificación cuántica libre de acción inversa ".
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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