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INTERFERANZA DEL SINGOLO FOTONE INTEFERENZA DEL SINGOLO FOTONE Guido Pegna, Dipartimento di Fisica Università Di Cagliari

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Presentazione sul tema: "INTERFERANZA DEL SINGOLO FOTONE INTEFERENZA DEL SINGOLO FOTONE Guido Pegna, Dipartimento di Fisica Università Di Cagliari"— Transcript della presentazione:

1 INTERFERANZA DEL SINGOLO FOTONE INTEFERENZA DEL SINGOLO FOTONE Guido Pegna, Dipartimento di Fisica Università Di Cagliari

2 PROGETTO: INTEFERENZA NELLA DIFFRAZIONE DA DUE FORI (ESPERIM. ALLA YOUNG CON LUCE DEBOLE)

3 TECNICA STANDARD: SCANSIONE DEL CAMPO IMMAGINE

4 LINTENSITÀ I VARIA CON LANGOLO DI APERTURA : I = I 0 sen 2 / 2 DIFFRAZIONE DA UN FORO I 0

5 ANDAMENTO DELLINTENSITÀ NELLA FIGURA DI DIFFRAZIONE DA DUE FORI

6 I PARAMETRI DELLESPERIMENTO d = 1,22 D/a y = D/h D a: Diam. fori h d y Onde piane Distribuz. Airy Interfer. SCHERMO PIANO IMMAGINE

7 Nel nostro apparecchio si ha: D = 0,5 m (dist. Fori-Piano immagine) = 0, m (Laser) D = 1 cm = m (Diam. della figura di Airy) h = 1 mm (Distanza fra i fori) Dai quali cui si deduce il diametro dei fori: a = mm il passo delle frange di interferenza: y = 0,1 mm e la frazione I L della luce emessa dal Laser che supera i fori (Spot del Laser = 4,5 mm 2 ): I L =

8 COME POSSIAMO ESSERE SICURI CHE NEL NOSTRO APPARECCHIO VI SIA QUASI SEMPRE UN SOLO FOTONE CHE VIAGGIA DALLA SORGENTE AL PIANO DELLIMMAGINE?

9 FOTOMOLTIPLICATORE PER CONTEGGIO DI FOTONI SINGOLI IMMAGINE DI INTERFERENZA CHE COPRE TUTTO IL FOTOCATODO.

10

11 VALUTAZIONE A PARTIRE DALLE CARATTERISTICHE DEL RIVELATORE 1. Si regola la corrente della sorgente di luce fino ad avere, per esempio, una corrente anodica del PM di 1 nA. 2.Il PM ha un guadagno di Quindi la corrente di fotoelettroni è di A 10 4 elettroni/s. 3.Il rendimento quantico del PM per la luce rossa è intorno al 4%. Quindi il numero di fotoni che incidono sul fotocatodo è circa 2, fotoni/s 4.Quindi si ha in media un fotone ogni s 5.Se non vi fosse il ricevitore, i fotoni sarebbero distribuiti nello spazio uno ogni 1,2 Km.

12 IN CONCLUSIONE: NELL APPARATO SI HA UN FOTONE OGNI 4 s, MENTRE PER PERCORRERE IL TRAGITTOAL SUO INTERNO I FOTONI IMPIEGANO 3 ns

13 VALUTAZIONE A PARTIRE DALLE CARATTERISTICHE DELLA SORGENTE 1. Il Laser è alimentato con una corrente I = 3,2·10 -6 A = 3,2·10 -6 Coul/s = [e = 1,6· Coulomb] 2·10 13 elettroni/s 2. Ammettendo un rendimento della sorgente di circa fotoni/elettrone si avrebbero N = 2·10 9 fotoni/s emessi 3. Il rapporto fra la sezione dei fori e quella del fascio è di circa 5· Quindi il numero di fotoni che superano i fori è: N fotoni = 10 6 fotoni/s

14 Dunque N 10 6 fotoni/sec 5. Secondo questa valutazione si avrebbe un fotone ogni microsecondo nella parte interferometrica dellapparato. Vi è ancora un margine di un fattore 600 fra lintervallo medio di tempo fra ogni fotone (1 s) e il tempo di transito di ciascun fotone (1,5 ns).

15 RISULTATI: IMPULSI I laser = 21 A

16 RISULTATI: IMPULSI I laser = 21 A

17 SIAMO COSÌ SICURI, CON BUON MARGINE, CHE NELLAPPARATO VI È SEMPRE SOLO UN FOTONE PER VOLTA

18 LA NUOVA TECNICA QUI PROPOSTA: ACQUISIRE SIMULTANEAMENTE TUTTA LIMMAGINE CON UNA TELECAMERA SENSIBILE AL SINGOLO FOTONE

19 WEBCAM COMMERCIALI MODIFICATE PER LUNGHE ESPOSIZIONI

20 E SPECIFICI PROGRAMMI DI CONTROLLO DELLA TELECAMERA, DEL TEMPO DI POSA, DELLE MODALITÀ DI ACQUISIZIONE, DI SOMMA DELLE IMMAGINI (K3CCDTOOLS)

21 UN ESEMPIO La Nebulosa M16, detta Eagle, 6500 anni luce dist.

22 LAPPARECCHIO

23 LA SCATOLA OSCURA

24 LASER E CIRCUITI Laser

25 LOTTURATORE Fori Galvanometro

26 WEBCAM Webcam PM

27 RIPRESA 1: Esposizione 15 s (4·10 6 fotoni)

28 RIPRESA 2: 4 Esposizioni da 15 s

29 RIPRESA 3: 20 esposizioni da 15 s

30 GRAZIE! Cagliari 15 Feb. 2009


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