Θέλετε να πιάσετε ένα φωτόνιο; Ξεκινήστε με τη σίγαση του ήλιου
Για να πιάσετε με επιτυχία ένα φωτόνιο, πρέπει να ληφθούν διάφορα βήματα:
1. Μειώστε τον θόρυβο του φόντου:
Δεδομένου ότι τα φωτόνια είναι πολύ αδύναμα σήματα, είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιηθεί ο θόρυβος και η παρεμβολή του φόντου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την ψύξη της πειραματικής ρύθμισης σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, την προστατευτική τους από τις εξωτερικές πηγές φωτός και τη χρήση εξειδικευμένων ανιχνευτών με υψηλή ευαισθησία.
2. Χρησιμοποιήστε φωτοπολλαπιστές ή φωτοδίξεις χιονοστιβάδας (APDS):
Αυτές οι συσκευές είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στο φως και μπορούν να ανιχνεύσουν μεμονωμένα φωτόνια. Όταν ένα φωτόνιο χτυπά το φωτοπολλαπλασιαστή ή το APD, ενεργοποιεί έναν καταρράκτη ηλεκτρονικών συμβάντων, ενισχύοντας το σήμα σε ανιχνεύσιμα επίπεδα.
3. Χρησιμοποιήστε τεχνικές επιλογής χρόνου:
Δεδομένου ότι τα φωτόνια ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, η ανίχνευσή τους μπορεί να χρονομετρηθεί με ακρίβεια. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά χρονοδιαγράμματα υψηλής ανάλυσης για να καταγράψουν την ακριβή στιγμή όταν εντοπίζεται ένα φωτόνιο. Αυτές οι πληροφορίες χρονισμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαφοροποίηση των μεμονωμένων φωτονίων και άλλων πηγών θορύβου.
4. Δίοδοι χιονοστιβάδων μονής φωτόνης (SPAD):
Τα SPADs είναι συσκευές στερεάς κατάστασης ειδικά σχεδιασμένες για την ανίχνευση μεμονωμένων φωτονίων. Λειτουργούν με την αρχή του πολλαπλασιασμού των χιονοστιβάδων, όπου ένα μόνο φωτόνιο μπορεί να προκαλέσει μια αυτοσυντηρούμενη χιονοστιβάδα φορέων φορτίου, με αποτέλεσμα ένα ανιχνεύσιμο ηλεκτρικό σήμα.
5. Τεχνικές καταμέτρησης φωτονίων:
Σε πολλά πειράματα, δεν πρόκειται μόνο για την αλίευση ενός μόνο φωτονίου, αλλά για τον αριθμό των φωτονίων που φτάνουν σε έναν ανιχνευτή μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Τα ηλεκτρονικά μέτρησης φωτονίων μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τους χρόνους άφιξης και να μετρήσουν τα μεμονωμένα φωτόνια.
Αξίζει να σημειωθεί ότι ενώ μπορούμε να ανιχνεύσουμε και να μελετήσουμε μεμονωμένα φωτόνια, η "αλίευση" τους με φυσική έννοια δεν είναι δυνατή λόγω της κβαντικής τους φύσης. Περιγράφονται με μεγαλύτερη ακρίβεια ως αλληλεπίδραση και απορροφάται από ανιχνευτές.
Όσο για τη σίγαση του ήλιου, δεν είναι εφικτό ή απαραίτητο να σιωπά ολόκληρο τον ήλιο για να πιάσει ένα φωτόνιο. Ωστόσο, η μείωση του φωτός και του θορύβου από άλλες πηγές είναι ζωτικής σημασίας για τα επιτυχημένα πειράματα ανίχνευσης ενός φωτονίου.
