HUMOR Heisenberg Uncertainty Measured with Opto-mechanical Resonator.

Presentazione sul tema: "HUMOR Heisenberg Uncertainty Measured with Opto-mechanical Resonator."— Transcript della presentazione:

1 HUMOR Heisenberg Uncertainty Measured with Opto-mechanical Resonator

2 ‘Phenomenological quantum gravity’  ‘osservazione’: non si può determinare una posizione con precisione superiore alla lunghezza di Planck L P =  hG/c 3 = 1.6 10 -35 m  Si introducono relazioni di Heisenberg generalizzate  Si ricavano commutatori generalizzati tra p e q

3 PROPOSTA: misura su un sistema quantistico macroscopico M p = 22  g

4 XmXm PmPm 2 1 2 3 34 1

5 Also required: Q > 10 6 T < 100mK

6  Validità dei modelli fenomenologici di ‘quantum gravity’?  La descrizione nell’ambito dei modelli di variabili macroscopiche (sistemi a più particelle) è quasi completamente mancante  Un oscillatore meccanico macroscopico si comporta effettivamente come sistema quantistico (recenti dimostrazioni sperimentali)  L’indeterminazione tra misure di p e q in un oscillatore è strettamente legata al problema quantistico della misura (v. Braginsky, Caves, etc.)

7 CSN V 2008 – 2010 SQUALO Raggiungimento dello Standard QUAntum Limit con mezzi Ottici

8 Also required: Q > 10 6 T < 100mK 6 x 10 4 WR 2 10 -7 kg 0.85 10 5 Hz 1,064 nm 10 10 (10 mW 200 ns) Q = 2.6 x 10 6 WR T = 5 K

9 Nuovi limiti ???10 17 10 3

10 Analisi più dettagliata Fase classica: Costante di accoppiamento: Fase aggiuntiva: Per il commutatore Pikovski et al. calcola: Sensibilità di una misura interferometrica di fase:

11 Aspetti problematici: 1 SOLUZIONI: 1.Inizio:  /   10 % 2.Fit vs N p : 10 -2 - 10 -3 3.Cercare schemi diversi, dove  si somma ad un risultato classico nullo E’ una fase aggiuntiva  non conta la precisione, ma l’accuratezza

12 Aspetti problematici: 2 La cavità deve rimanere risonante dopo un impulso 1.  < 1 rad (corrispondente allo spostamento di una larghezza di riga) 2. si sposta la freq. della radiazione tra interazioni successive   < T/  (convengono quindi impulsi corti e cavità corta) k: larghezza di cavità

13 Aspetti delicati  Pre-stabilizzazione tra laser e cavità  Fase accumulata dall’impulso nel cammino esterno alla cavità  Rumore termico e acustico  Perdite ottiche  Durata finita dell’impulso  Altri modi dell’oscillatore

14 HUMOR GRUPPI COINVOLTI  Trento (INFN PD; coordinatore Enrico Serra): - progettazione e realizzazione di micro-oscillatori  Firenze (coordinatore Francesco Marin): - esperimento ‘principale’  Camerino (INFN PG; coordinatore David Vitali): - modellizzazione - esperimento ‘pilota’ (R&D e esplorazione diversa gamma di parametri)

15 THE PG-CAMERINO SETUP 15 We adopt the “membrane-in-the-middle” setup High-Q Membrane vibrational modes excited by radiation pressure (Yale, Caltech, Camerino)

16 Parametri sperimentali

17 Perché l’esperimento pilota?  Massa ridotta (4 ordini di grandezza)  - potenza più bassa - test su diverse scale di parametri ( > M P e << M P ) - possibilità di raffreddare l’oscillatore nello stato fondamentale  Possibilità di variare l’accoppiamento opto-meccanico (anche di cambiarne il segno)  - schemi diversi (con fase classica nulla)

18 18 Splitting of degenerate modes and avoided crossings linear combinations of nearby TEM mn modes become the new cavity modes:  (q) is changed significantly: tunable optomechanical interaction Experimental cavity frequencies with 0.21 mrad misalignment (M. Karuza et al., arXiv:1112.6002v1 [quant-ph]) Membrane misalignment (and shift from the waist) couples the TEM mn cavity modes via scattering Crossing between the TEM 00 singlet and the TEM 20 triplet

19 FI NomeContrattoQualificaAff.% 1 Cataliotti Francesco AssociatoProf. AssociatoCSN V50 C C2 Marin Francesco AssociatoProf. AssociatoCSN II70 3 Marino Francesco AssociatoRicercatoreCSN II50 Numero Totale Ricercatori3 FTE: 1.7 PG (Camerino) NomeContrattoQualificaAff.% 1 Biancofiore Ciro AssociatoDottorandoCSN II80 2 Di Giuseppe Giovanni AssociatoRicercatoreCSN II60 3 Karuza Marin AssociatoBorsista Post doct.CSN V20 C4C4 Vitali David AssociatoProf. AssociatoCSN II70 Numero Totale Ricercatori4 FTE: 2.3 PD (Trento) NomeContrattoQualificaAff.% 1 Bonaldi Michele AssociatoPrimo RicercatoreCSN II30 2 Pontin Antonio AssociatoDottorandoCSN II100 3 Prodi Giovanni Andrea AssociatoProf. AssociatoCSN II20 C4C4 Serra Enrico AssociatoIngegnereCSN II70 Numero Totale Ricercatori4 FTE: 2.2

20 Richieste finanziarie 2013 Strut tura A carico dell'I.N.F.N. A caric o di altri enti internoesteroconsumo trasp orti manut enzio ne inventario licenz e-SW appar ati spservi zi TOTALI FI 3.00 35.0014.5055.50 PG 1.503.5023.0029.0057.00 TN 3.00 87.0093.00 Totali7.50 9.50 145.00 43.50 205.50 Mod. EC/EN 4(a cura del responsabile nazionale)

21 Richieste finanziarie 2013 Strut tura A carico dell'I.N.F.N. A caric o di altri enti internoesteroconsumo trasp orti manut enzio ne inventario licenz e-SW appar ati spservi zi TOTALI FI 3.00 35.00 26.00 14.50 8.506.00 55.50 34.506.00 PG 1.503.50 23.00 7.0010.00 29.00 7.0020.00 57.00 14.0030.00 TN 3.00 87.00 10.0045.00 93.00 10.0045.00 Totali 7.50 5.00 9.50 6.00 145.00 43.0055.00 43.50 15.5026.00 205.50 69.5081.00 Mod. EC/EN 4(a cura del responsabile nazionale)

22 PERIODOATTIVITA' PREVISTA primo anno Implementazione degli apparati a FI e Camerino (nel secondo caso, anche realizzazione di una nuova cavità ottica corta). Misure pilota a Firenze con oscillatori già esistenti. Progettazione e realizzazione di una serie di micro-oscillatori mirata all'esperimento. secondo anno Caratterizzazione dei nuovi oscillatori. Prima serie di misure significative a Firenze e a Camerino. Valutazione dei risultati. Misure con parametri più spinti. terzo anno A seconda dei risultati precedenti: a) realizzazione di un diverso schema sperimentale b) misure con laser Q-switched c) misure su sistema non- classico

23 Piano temporale 2013 Descrizione Data completamento Modellizzazione completa e realistica dell'esperimento 31-03-0013 Progettazione FEM di micro-oscillatori finalizzati all'esperimento 30-06-2013 Implementazione dello schema di misura nell'apparato di FI 31-03-2013 Realizzazione di una cavità corta nell'apparato di Camerino 30-06-2013 Misura pilota a FI con oscillatori già esistenti 30-09-2013 Realizzazione di micro-oscillatori finalizzati all'esperimento e di membrane circolari 31-10-2013 Caratterizzazione dei nuovi oscillatori 31-12-2013

24 FI setup FI setup

25 FI Mechanical characterization FI Mechanical characterization

26 FI Optical characterization FI Optical characterization

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