Desde su invención en la década de 1960, los láseres han transformado tanto la ciencia como la vida cotidiana, impulsando todo, desde escáneres de supermercados hasta cirugías para corregir la visión. Los láseres tradicionales funcionan manipulando fotones, que son partículas de luz individuales. Sin embargo, en las últimas décadas los investigadores han extendido este concepto a otros tipos de partículas, incluidos los fonones, que son pequeñas unidades de vibración o sonido. Dominar los fonones puede desbloquear capacidades completamente nuevas, incluido el entrelazamiento con acceso a efectos cuánticos inusuales.
Científicos de la Universidad de Rochester y el Instituto de Tecnología de Rochester han desarrollado un nuevo tipo de láser de fonón comprimido que puede controlar con precisión estas vibraciones a nanoescala. Este nivel de control puede ayudar a los investigadores a explorar cuestiones fundamentales sobre la gravedad, el movimiento de partículas y el comportamiento cuántico. Sus hallazgos, publicados comunicación de la naturalezaDescribe cómo dirigieron estas diminutas vibraciones para que funcionaran de manera coordinada, como un láser.
Superar el ruido en láseres de fonones
Nick Vamivakas, profesor de Física Óptica en el Instituto de Óptica de Eurochester, Mary C. Wilson y Joseph C. Wilson, demostraron previamente un láser de fonones en 2019 atrapando y haciendo vibrar vibraciones usando una pinza óptica en el vacío. Si bien esto fue un gran paso adelante, hacer que el sistema fuera adecuado para mediciones precisas requirió resolver un desafío importante compartido por todos los láseres: el ruido. Estas fluctuaciones no deseadas interfieren con la señal y limitan la precisión.
“Aunque un láser parece un rayo fijo a simple vista, en realidad hay muchas fluctuaciones, lo que provoca ruido cuando se utiliza el láser para realizar mediciones”, dice Vamivakas. “Al empujar y tirar de un láser de fonón con luz de la manera correcta, podemos reducir significativamente las fluctuaciones de ese láser de fonón”.
Reducción de ruido para una mayor precisión
Para resolver este problema, el equipo utilizó una técnica conocida como compresión para reducir el ruido térmico natural presente en los láseres de fonones. Esta reducción de ruido permite realizar mediciones mucho más precisas. Según Vamivaks, este método puede medir la aceleración con mayor precisión que los métodos basados en la tecnología tradicional de láser de luz o radiofrecuencia.
Aplicaciones futuras de la navegación y la física.
Con una precisión mejorada, los láseres de fonones pueden convertirse en poderosas herramientas para medir la gravedad y otras fuerzas con una precisión excepcional. Esta capacidad podría desempeñar un papel importante en los futuros sistemas de navegación. Los investigadores han propuesto brújulas cuánticas como alternativas “inexpugnables” de alta precisión al GPS que no dependen de satélites, y los láseres de fonones podrían ayudar a acercar esas ideas a la realidad.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias.
