El Hanbury Brown y el efecto (HBT) de Twiss es cualesquiera de una variedad la correlación y los efectos de la anti-correlación en las intensidades recibidas por dos detectores de una viga de partículas. Los efectos de HBT se pueden atribuir generalmente a la naturaleza dual de la agitar-partícula de la viga, y los resultados de un experimento dado dependen encendido si la viga está compuesta de los fermios o los dispositivos de los bosones que utilizan el efecto comúnmente se llaman los interferómetros de la intensidad y fueron utilizados original en la astronomía, aunque sean también muy usados en el campo de la óptica de Quantum.

Historia

En el 1956, el Roberto Hanbury Brown y el Richard Q. Twiss prueba publicada del A de un nuevo tipo de interferómetro estelar en Sirius, en el cual dos tubos del fotomultiplicador (PMTs), separados por cerca de 6 metros, fueron dirigidos la estrella Sirius. La luz fue recogida en el PMTs usar los espejos de los reflectores . Un efecto de interferencia fue observado entre las dos intensidades, revelando una correlación positiva entre las dos señales, a pesar de que no se recogió ninguna información de la fase . Hanbury Brown y Twiss utilizaron la señal de interferencia de determinar el tamaño angular evidente de Sirius, demandando la resolución excelente.

En 1959, para descubrir la resonancia de ρ⁰ (por medio del $\backslash \; rho^0\; \backslash \; rightarrow\; \backslash \; pi^-\; \backslash \; pi^+$), Goldhaber y otros, realizó un experimento en Berkeley y encontró una correlación angular inesperada entre los piones idénticos. Desde entonces, la técnica de HBT comenzó a ser utilizada en la comunidad del pesado-ion para determinar las dimensiones del espacio-tiempo de la fuente de la emisión de partícula para las colisiones pesadas del ion. Para los recientes desarrollos en este campo, leer por favor, por ejemplo, el al.Sci 55, 357 (2005), o, [http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0505014].

Este resultado se encontró con mucho escepticismo en la comunidad de la física . Aunque la interferometría de la intensidad hubiera sido ampliamente utilizada en la astronomía de radio donde están válidas las ecuaciones del maxwell, en las longitudes de onda ópticas la luz sería cuantificada en un número relativamente pequeño de los fotones muchos físicos preocupante que la correlación era contraria con las leyes de la termodinámica. Algún incluso demandado que el efecto violó el principio de incertidumbre . El Hanbury Brown y el Twiss resolvieron el conflicto en una serie aseada de papeles (véase las referencias abajo) que demostraron primero que la transmisión de la onda en la óptica del quántum tenía exactamente la misma forma matemática que las ecuaciones del maxwell no obstante con un término del ruido adicional debido a la cuantificación en el detector, y en segundo lugar ésa según interferometría de la intensidad de las ecuaciones del maxwell debe trabajar. Otros, tales como molinos Purcell de Edward apoyaron inmediatamente la técnica, precisando que el agrupar de los bosones era simplemente una manifestación de un efecto sabido ya en los mecánicos estadísticos . Después de un número de experimentos, la comunidad entera de la física convino que el efecto observado era verdadero.

El experimento original utilizó el hecho de que dos bosones tienden a llegar dos detectores separados al mismo tiempo. Morgan y Mandel utilizaron una fuente termal del fotón para crear una viga dévil de fotones y observaron la tendencia de los fotones a llegar al mismo tiempo en un solo detector. Ambos efectos utilizaron la naturaleza de onda de la luz para crear una correlación en hora de llegada - si una sola viga de fotón está partida en dos vigas, después la naturaleza de la partícula de la luz requiere que cada fotón esté observado solamente en un solo detector, y así que una anti-correlación fue observada en el 1986 . Finalmente, los bosones tienen una tendencia a agrupar juntos, pero debido al principio de exclusión de Pauli, los fermios tienden a separarse aparte, y tan cuando el experimento de Morgan y de Mandel se realiza en los electrones, una anti-correlación en horas de llegada fue observada por primera vez en el 1999 . Todos los éstos se consideran HBT como efectos.

Mecánicos de onda

El efecto de HBT puede de hecho ser predicho solamente tratando la radiación electromágnetica del incidente como onda clásica . Suponer que tenemos una sola onda de incidente con el $\backslash \; omega$ de la frecuencia en dos detectores. Puesto que se separan los detectores, decir que el segundo detector consigue la señal retrasada por una fase del $\backslash \; phi$. Puesto que la intensidad en un solo detector es apenas el cuadrado de la amplitud de la onda, tenemos para las intensidades en los dos detectores $i\_1=E^2\; \backslash \; sin^2\; del$

l (\ Omega t) \,

$i\_2=E^2\; \backslash \; sin^2\; (\backslash \; +\; \backslash \; phi\; de\; Omega\; t)\; =E^2\; (\backslash \; pecado\; (\backslash \; Omega\; t)\; \backslash \; lechuga\; romano\; (\backslash \; phi)\; +\; \backslash \; pecado\; (\backslash )\; \backslash \; lechuga\; romana\; (\backslash \; Omega\; t))\; ^2\; de\; la\; phi\; \backslash ,$

cuál hace la correlación

$\backslash \; langle\; i\_1i\_2\; \backslash \; rangle\; =\; \backslash \; lim\_\; \{T\; \backslash \; rightarrow\; \backslash \; infty\}\; \backslash \; frac\; \{E^4\}\; \{T\}\; \backslash \; int^T\_0\; \backslash \; sin^2\; (\backslash \; Omega\; t)\; (\backslash \; pecado\; (\backslash \; Omega\; t)\; \backslash \; lechuga\; romano\; (\backslash \; phi)\; +\; \backslash \; pecado\; (\backslash )\; \backslash \; lechuga\; romana\; (\backslash \; Omega\; t))\; ^2\; de\; la\; phi\; \backslash ,\; dt$

$$

\ frac {E^4} {4} + \ frac {E^4} {8} \ lechuga romana (2 \ phi).

Un constante más un módulo subordinado de la fase. La mayoría de los esquemas modernos miden realmente la correlación en fluctuaciones de la intensidad en los dos detectores, pero no es demasiado difícil ver que si las intensidades se correlacionan entonces el $de\; las\; fluctuaciones\; \backslash \; el\; delta\; i\; =\; i\; \backslash \; el\; langle\; i\; \backslash \; rangle$, donde está la intensidad el $\backslash \; el\; langle\; i\; \backslash \; rangle$ media, deben ser correlacionadas. En general

$\backslash \; langle\; \backslash \; delta\; i\_1\; \backslash \; delta\; i\_2\; \backslash \; =\; \backslash \; langle\; (i\_1-\; \backslash \; langle\; i\_1\; \backslash rangle)\; (i\_2-\; \backslash \; langle\; i\_2\; \backslash \; rangle)\; \backslash \; =\; \backslash \; langle\; i\_1i\_2\; \backslash \; rangle-\; \backslash \; langle\; i\_1\; \backslash \; langle\; i\_2\; \backslash \; rangle\; \backslash \; -\; \backslash \; langle\; i\_2\; \backslash \; langle\; i\_1\; \backslash \; rangle\; \backslash \; +\; \backslash \; langle\; i\_1\; \backslash \; rangle\; \backslash \; langle\; i\_2\; \backslash \; rangle\; del\; rangle\; del\; rangle\; del\; rangle\; del\; rangle$

$$

\ langle i_1i_2 \ - \ langle i_1 \ rangle \ langle i_2 \ rangle del rangle,

y puesto que la intensidad media en ambos detectores en este ejemplo es $E^2/2$,

$\backslash \; langle\; \backslash \; delta\; i\_1\; \backslash \; delta\; i\_2\; \backslash \; rangle=\; \backslash \; frac\; \{E^4\}\; \{8\}\; \backslash \; lechuga\; romana\; (2\; \backslash \; phi),$

nuestro constante desaparece tan. La intensidad media es $E^2/2$ porque el promedio del tiempo del $\backslash \; sin^2\; (\backslash \; Omega\; t)$ es el 1/2.

Interpretación de Quantum

La discusión antedicha hace claro que el efecto de Hanbury Brown y de Twiss (o fotón que agrupa) se puede describir enteramente por la óptica clásica. La descripción del quántum del efecto es menos intuitiva: si uno supone que un termal o fuente de luz caótica tal como una estrella emite aleatoriamente los fotones, después no es obvia cómo el " de los fotones; know" que deben llegar un detector en una manera (agrupada) correlacionada. Una discusión simple debido al Hugo Fano 1961 captura la esencia de la explicación del quántum. Considerar dos puntos de a y b en una fuente que emitan los fotones detectados por dos detectores A y B como en el diagrama. Una detección común ocurre cuando el fotón emitido por a es detectado por A y el fotón emitido por b es detectado por el de B (flechas rojas) o cuando el fotón de la a es detectado por B y los b por A (flechas verdes). Las amplitudes mecánicas de la probabilidad del quántum para estas dos posibilidades se denotan cerca $\backslash \; langle\; a|A\; \backslash \; rangle\; \backslash \; langle\; b|B\; \backslash \; rangle$ y $\backslash \; langle\; a|B\; \backslash \; rangle\; \backslash \; langle\; b|A\; \backslash \; rangle$ respectivamente. Si los fotones son indistinguibles, las dos amplitudes interfieren constructivo para dar una probabilidad de detección común mayor que ésa para dos acontecimientos independientes. La suma sobre todos los pares posibles a, b en la fuente elimina la interferencia a menos que la distancia AB sea suficientemente pequeña.

La explicación de Fano ilustra agradable la necesidad de considerar dos amplitudes de la partícula, que no son tan intuitivas como las solas amplitudes más familiares de la partícula usadas para interpretar la mayoría de los efectos de interferencia. Esto puede ayudar a explicar porqué algunos físicos en los años 50 tenían dificultad el aceptar del resultado de Hanbury Brown Twiss. Pero el acercamiento del quántum es más que apenas una manera de lujo de reproducir el resultado clásico: si los fotones son substituidos por los fermios idénticos tales como electrones, el antisymmetry de wavefunctions bajo intercambio de partículas hace la interferencia destructiva, llevando a la probabilidad de detección común cero para las pequeñas separaciones del detector. Este efecto se refiere como antibunching de los fermios 1999. El tratamiento antedicho también explica el fotón antibunching 1977: si la fuente consiste en un solo átomo que pueda emitir solamente un fotón a la vez, la detección simultánea en diversos detectores es claramente imposible. Antibunching, si de bosones o de fermios no tiene ningún análogo clásico de la onda.

Desde el punto de vista del campo de la óptica del quántum, la importancia del efecto de HBT era que llevó a gente (entre ella Roy J. Glauber y Leonard Mandel ) a aplicar electrodinámica del quántum a las nuevas situaciones, muchos cuyo estuvo tenida nunca estudiado experimental, y en qué predicciones clásicas y del quántum diferencian. Los campos actuales de la computación de Quantum y de la criptografía de Quantum son en cierto modo descendientes directos del fotón que agrupa experimentos.

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Manohar Singh

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