Verso l’opto-meccanica quantistica Effetti quantistici nell’interazione meccanica tra luce ed oggetti macroscopici pp qq   I = 2  p   =  q /

Presentazione sul tema: "Verso l’opto-meccanica quantistica Effetti quantistici nell’interazione meccanica tra luce ed oggetti macroscopici pp qq   I = 2  p   =  q /"— Transcript della presentazione:

1 Verso l’opto-meccanica quantistica Effetti quantistici nell’interazione meccanica tra luce ed oggetti macroscopici pp qq   I = 2  p   =  q / x E in E out  F pressione di radiazione   I   p  q  x =   F   p

2 Verso l’opto-meccanica quantistica

3 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

4 Che fisica si può fare? 1) Limiti quantistici nell’accuratezza di una misura di posizione  x,  F l FF 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

5 Che fisica si può fare? 2) ‘Squeezing’ pondero-motivo Dimostrazione con rumore classico

6 Che fisica si può fare? 3) Misure non distruttive (‘Quantum-non-demolition’) 4) ‘Entanglement’ tra luce e oggetti macroscopici

7 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?

8 Che fisica si può fare? 5) Raffreddamento per pressione di radiazione Raffreddamento per pressione di radiazione di grandi masse

9 Che fisica si può fare? 5) Raffreddamento per pressione di radiazione 5) Raffreddamento per pressione di radiazione Raffreddamento di micro-oscillatori in criostato

10 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

11 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

12 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

13 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, 074104 (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, 103001 (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, 122002 (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, 013001 (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, 013108 (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, 073601 (2010)