Discusion del experimento de la existencia del foton.

Mario Perez Jimenez1

1Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, CiudadUniversitaria, 04510, Mexico, D.F.

May 6, 2015

1 Marco teorico

Para comprender este experimento es necesario iniciar con el experimento HBT (Hanbury Brown-Twiss), dicho experimento es para observar en principio si la luz incidente en el aparato es: bounch-ing, coherent o Anti-bounching. Al termino bounching se le puede traducir como pegado, entonceseste experimento mostrara se la luz son como partculas pegadas (bounching), con distribucionesaleatorias en el tiempo (coherent) o igualmente espaciadas en el tiempo (Anti-bounching).

Para poder asegurar la existencia del foton sera necesario que la luz fuera del tipo antibounch-ing. A continuacion muestro una imagen ilustrativa del experimento.

Ademas es necesario mencionar la funcion de correlacion vista en clase:

g(2)() =n1(t)n2(t+ )n1(t)n2(t+ ) (1)

Ahora procedo a explicar un poco el experimento, en este un haz de fotones incide sobre unpolarizador 50:50 y es dividido igualmente el las dos salidas. Los fotones son detectados y seconvierten en pulsos que inciden en un contador. Dicho contador mide el tiempo entre los pulsosmedidos en el detector D1 y D2, mientras de manera simultanea mide el numero de cuentas en

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cada detector. El tiempo es el tiempo de deteccion.

Dicho numero de cuentas es el valor de los argumentos de la funcion de correlacion n1 y n2,para D1 y D2 respectivamente. Notamos que la funcion de correlacion depende de la probabilidadsimultanea de detectar un foton al tiempo t en D1 y otro al tiempo t+ en el detector D2. Comose discutio en clase la funcion de correlacion adquiere valores bien definidos para los diferentestipos de luz a continuacion anexo una tabla con dicha informacion:

Descripcion clasica Haz de fotones g(2)(0)Caotica Pegada > 1

Coherente Aleatoria = 1Sin descripcion clasica No pegada < 1

En un modo mas parecido al discutido en la clase se puede expresar la funcion de correlacioncomo:

g(2) =aaaaaa (2)

Del modo analogo se define otra version del experimento de HBT donde utilizando un hazde dos fotones signal e idler, se puede hacer la medicion con 3 detectores, ademas expresarla enterminos de las coincidencias de los detectores del siguiente modo:

g(2)2D =

NtgrNtgNrg

Ng (3)

Donde t, es el foton trasmitido y g y r a los fotones que pasan por el divisor de onda. Los valoresque puede dicha funcion son 0, 1 o 2. Estos resultados fueron comentados en clase.

En cuestion del experimento los companeros montaron el experimento de HBT modificado. Esdecir haciendo incidir el laser violeta (405nm) de 120 mW en el cristal de BBO, el cual como enlos experimentos anteriores produce un par de haces de fotones (por medio del proceso SPDC), lamodificacion de este experimento es que se coloca un divisor de haz delante del APD que detectaraal foton senal. En todos los APDs solo se permitio medir longitudes de onda entre 800 y 850 nm.

Nuestros companeros reportaron que utilizaron una ventana de 1 s para las mediciones y vari-aron los tiempos de correlacion entre 5,10, 30 y 100 ns para los tres detectores. Los companerosreportaron que para bajas g(2) 0, mientras que para se tiene g(2) 1. Lo cual con lasconsideraciones anteriores y con lo dicho en clase explica que el foton no se parte.

En resumen este experimento es una demostracion teorica de que el foton no se parte al cruzarun divisor de haz. Como recomendacion yo sugiero que se efectue una mayor estadstica sobre elexperimento, para obtener valores de la funcion de correlacion mas precisos.

Ademas recomiendo colocar un pinhole en la entrada de los detectores para evitar coincidenciasde fotones no correlacionados.

Otro aspecto que no mencionaron los companeros fue si tomaron los fotones justo en la inter-seccion de los conos de fotones, lo cual es una parte esencial del experimento. Ademas de que meparecio que tampoco pusieron mucho enfasis en el punto clave de tener un promedio de un foton,para poder asegurar que le llega al divisor de haz un foton a la vez.Fuera de estas observacionesme parecio que los companeros realizaron el experimento satisfactoriamente.

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