Verso l’opto-meccanica quantistica Effetti quantistici nell’interazione meccanica tra luce ed oggetti macroscopici pp qq I = 2 p = q / x E in E out F pressione di radiazione I p q x = F p
Verso l’opto-meccanica quantistica
Correlazione tra - posizione dello specchio e fluttuazioni di campo - quadrature p e q del campo Problema: rumore termico Teorema di fluttuazione-dissipazione Singolo oscillatore: Nessun effetto quantistico è mai stato visto finora Criogenia, … ultra-criogenia
Che fisica si può fare? 1) Limiti quantistici nell’accuratezza di una misura di posizione x, F l FF S l = S x + | | 2 S F Limite Quantistico Standard (SQL) S x 1/ P w S F P w Shot-noise technical noise Il SQL non è mai stato raggiunto Usando le correlazioni tra quadrature del campo, si può superare
Che fisica si può fare? 2) ‘Squeezing’ pondero-motivo Dimostrazione con rumore classico
Che fisica si può fare? 3) Misure non distruttive (‘Quantum-non-demolition’) 4) ‘Entanglement’ tra luce e oggetti macroscopici
5) Raffreddamento per pressione di radiazione … verso un oscillatore meccanico macroscopico nello stato fondamentale: kT < h F. Marquandt, S.M. Girvin, Physics 2, 40 (2009) Che fisica si può fare?
Che fisica si può fare? 5) Raffreddamento per pressione di radiazione Raffreddamento per pressione di radiazione di grandi masse
Che fisica si può fare? 5) Raffreddamento per pressione di radiazione 5) Raffreddamento per pressione di radiazione Raffreddamento di micro-oscillatori in criostato
Effetto foto-termico Potenza assorbita Riscaldamento locale Dilatazione termica Fluttuazioni di intensità rumore Utile per misurare le proprietà termo-meccaniche degli specchi, in particolare del coating 300 K4 K
Dinamica non-lineare in cavità ottica con specchio mobile e/o effetto foto-termico - Condizioni stazionarie: bistabilità - Dinamica su più scale temporali: - tempo di vita del campo in cavità (1/ ) - risposta dell’oscillatore (1/ 0, Q/ 0 ) - risposta termica
Riassunto e attività prevista Ottica quantistica con micro-oscillatori meccanici in cavità ottiche: - ‘squeezing ponderomotivo’ e misure QND - sensibilità al limite quantistico standard e oltre - ‘entanglement’ tra campo elettro-magnetico e oscillatore verso sistemi ultra-criogenici… Dinamica non-lineare con oscillatori in cavità ottiche Personale coinvolto - F. Marin - Francesco Marino (post-Doc) - F.S. Cataliotti - G. Ventura - M. Siciliani De Cumis (post-Doc cnr) Finanziamento: INFN (esperimento SQUALO) Sostegno officine LENS
1- F. Marin, M. De Rosa, L. Conti, L. Taffarello, M. Cerdonio: “Optical metrology for massive detectors of gravitational waves”, Opt. Lasers Eng. 45, 471 (2007) 2- F. Marino, F. Marin, S. Balle, O. Piro: “Chaotically spiking canards in an excitable system with 2D inertial fast manifolds”, Phys. Rev. Lett. 98, (2007) 3- F. Marino, F. Marin: “Thermo-optical nonlinearities and stability conditions of high-finesse interferometers”, Phys. Lett. A 364, 441 (2007) 6- M. Ciszak, M. Camarda, F. Marino, F. Marin, A. Ortolan: “Excitable systems as robust event trigger generators in noisy detectors”, Phys. Rev. D 76, (2007) 7- J. Belfi, F. Marin: “Sensitivity below the standard quantum limit in gravitational wave detectors with Michelson-Fabry-Perot readout”, Phys. Rev. D 77, (2008) 8- M. Siciliani de Cumis, F. Marino, M. Anderlini, F. S. Cataliotti, F. Marin, E. Rimini, G. D’Arrigo: “Interferometric quantum sensors”, Advances in Science and Technology 55, 154 (2008) 10- M Anderlini, F. Marino and F. Marin: “A kg-mass prototype demonstrator for DUAL gravitational wave detector: opto-mechanical excitation and cooling”, Phys. Rev. D 80, (2009) 11- M. Siciliani de Cumis, A. Farsi, F. Marino, G. D’Arrigo, F. Marin, F. S. Cataliotti, E. Rimini: “Radiation pressure excitation and cooling of a cryogenic MEMS-cavity”, J. Appl. Phys. 106, (2009) 12- F. Marino, F. S. Cataliotti, A. Farsi, M. Siciliani de Cumis, F. Marin: “Classical signature of ponderomotive squeezing in a suspended mirror resonator”, Phys. Rev. Lett. 104, (2010)