Propuesta para Trabajo de Investigación del Máster en Física Fundamental

Trabajos Académicamente Dirigidos

Alfredo Luis Aina Departamento de Óptica TITULO PROVISIONAL: Luz no clásica: fluctuaciones cuánticas, relaciones de incertidumbre y límites cuánticos CONTENIDO: Fronteras entre propiedades ópticas clásicas y no clásicas. Hasta dónde llega lo clásico y dónde empieza lo cuántico. Fluctuaciones cuánticas, medida, relaciones de incertidumbre y consecuencias prácticas. El trabajo es de carácter teórico. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS: La óptica cuántica existe porque hay ondas luminosas cuyas propiedades no pueden explicarse con la óptica clásica. Además, la óptica cuántica debe contener los resultados bien establecidos de la óptica clásica. La convivencia entre clásico y cuántico en una misma teoría no siempre es armoniosa. Este trabajo estudia algunos conflictos en la frontera.

En particular nos fijamos en las fluctuaciones cuánticas, en cómo deben estimarse, en las relaciones de incertidumbre a las que dan lugar y las consecuencias prácticas que se derivan de ellas por ejemplo en metrología estudiando la posible existencia de límites cuánticos a la máxima precisión con la que puede detectarse una señal. Supongamos que un extraterrestre nos envía una señal. Para ser detectada debe superar el fondo de ruido. Aunque no hubiera nada que causara ruido (paralizamos todo el planeta para escucharla señal) existiría siempre un ruido/fluctuaciones de origen cuántico. ¿Cuál será la señal mínima que podemos detectar sobre el fondo de ruido?¿Cómo depende del tipo de luz que use el extraterrestre?

Aunque el ejemplo del extraterrestre parezca poco práctico, se parece mucho al ejemplo clásico en metrología cuántica: la detección de ondas gravitacionales, para cuya detección existen varios proyectos, como el LIGO y el LISA. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) consiste en interferómetros de 4 km de longitud para detectar las ondas gravitacionales predichas por Einstein. Pueden detectar un cambio de longitud de la milésima parte del diámetro de un protón (10-18 m). Con este objetivo de precisión es natural que el ruido cuántico pueda ser un problema. http://www.ligo.caltech.edu/

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) consiste en un interferómetro hecho de tres satélites en un triángulo de 5 millones de kilómetros de lado para detectar las ondas gravitacionales. http://lisa.nasa.gov/

Finalmente otro proyecto de la NASA, http://nasa.orau.org/postdoc/

Quantum Limits to Precision for Space Based Devices: Developing the Next Generation of Sensor, Detector and Gyroscope Our research and development focuses on exploring the limits of physical measurement in space based devices The quantum gravitational gradiometer based on an atom interferometer could potentially be used to discover unseen features such as caves below the surface of Mars, or lava tubes on the moon in a totally non-invasive fashion, without the need for drilling or impactors. Quantum limited interferometers for gravity wave sensing can operate at the same precision as LIGO but at dramatically reduced laser power.