Efecto Hanbury Brown y Twiss
Los efectos HBT pueden atribuírse generalmente a la dualidad onda-partícula del haz, y los resultados de un experimento dependen de si el haz está compuesto de fermiones o bosones.
Los aparatos que utilizan este tipo de efecto se conocen como interferómetros de intensidad y han sido utilizados originalmente en astronomía, aunque también han sido utilizados fuertemente en el área de la óptica cuántica.
En 1954, Robert Hanbury Brown y Richard Q. Twiss introdujeron el concepto de interferómetro de intensidad a la radioastronomía para medir el tamaño angular de las estrellas, sugiriendo que dicho efecto también podría funcionar con luz visible.
[2] Ese mismo año, el efecto se utilizó también para medir el diámetro angular de Sirio.
En experimentos subsiguientes, dos tubos fotomultiplicadores separados por unos cuantos metros fueron apuntados a la estrella utilizando telescopios crudos, encontrando una correlación entre las dos intensidades que fluctuaban.
El resultado del efecto HBT encontró mucho escepticismo en la comunidad física.
Otros físicos como Edward Mills Purcell apoyaron la técnica de manera inmediata, señalando que la agregación de fotones era simplemente una manifestación de un efecto ya conocido en física estadística.
El experimento original utilizaba el hecho de que dos bosones tienden a llegar a dos detectores separados al mismo tiempo.
Morgan y Mandel utilizaron una fuente térmica de fotones para crear un haz tenue de fotones y observaron la tendencia de los fotones a llegar al mismo tiempo en un detector individual.
Ambos efectos utilizaban la naturaleza ondulatoria de la luz para crear una correlación en el tiempo de llegada -si un fotón individual se divide en dos haces, entonces la naturaleza corpuscular de la luz requiere que cada fotón sólo pueda ser observado en un detector individual, y por lo tanto una anti-correlación fue observada en 1977 por H. Jeff Kimble.
Para una introducción general a este campo, véase el libro de Richard M.
realizaron un experimento en 1959 en Berkeley , encontrando una correlación angular inesperada entre piones idénticos, descubriendo la resonancia ρ0 mediante el decaimiento
que varía muy lentamente con respecto al período de la onda,
(Dicha onda podría ser producida desde una fuente puntual muy distante con una intensidad que fluctúa.)
: Dónde la línea sobre los términos indica que las cantidades han sido promediadas en el tiempo.
Para frecuencias ondulatorias por encima de unos cuantos terahertz (periodos ondulatorios menos de un picosegundo), dicho promediado temporal es inevitable, pues detectores como los fotodiodos y fotomultiplicadores no pueden producir fotocorrientes que varíen en escalas temporales tan cortas.
de las intensidades promediadas en el tiempo puede ser calculada: La mayoría de esquemas modernos realmente miden la correlación en las fluctuaciones de intensidad en los dos detectores, pero no es difícil ver que si las intensidades están correlacionadas, entonces las fluctuaciones
, los cuales son pequeños y pueden ser ignorados.
La función de correlación entre estas dos intensidades es entonces Mostrando una dependencia sinusoidal en el retraso entre los dos detectores.
La discusión anterior aclara que el efecto HBT (o el aglutinamiento -bunching- de fotones), puede ser descrito completamente utilizando óptica clásica.
La descripción cuántica del efecto es menos intuitiva: si se supone que una fuente térmica o caótica de luz emite fotones de manera aleatoria, entonces no es obvio cómo los fotones deberían "saber" que deberían llegar a los detectores de una manera correlacionada (aglutinada).
en una fuente que emite fotones detectados por dos detectores
(como en las flechas rojas), o, cuando el fotón emitido por
La amplitud de probabilidad cuántica para estas dos posibilidades está dada por
Si los fotones son indistinguibles, las dos amplitudes interfieren de manera constructiva para dar una probabilidad de detección conjunta mayor que aquella dada para dos eventos independientes.
en la fuente desvanece la interferencia a menos que la distancia
Esto puede ayudar a explicar por qué algunos físicos en los años 50 tenían dificultades aceptando los resultados de Hanbury Brown y Twiss.
El tratamiento anterior también puede ser utilizado para explicar el anti-aglutinamiento de fotones [Kimble, 1977]: si la fuente consiste de un átomo individual, que sólo puede emitir un fotón a la vez, la detección simultánea en dos detectores separados por una distancia pequeña es claramente imposible.
Desde el punto de vista de la óptica cuántica, el efecto HBT fue importante para llevar a los físicos (entre ellos Roy J. Glauber y Leonard Mandel) a aplicar la electrodinámica cuántica en situaciones nuevas, muchas de las cuales nunca habían sido estudiadas experimentalmente, y en las cuales las predicciones clásicas y cuánticas no coinciden.
Note que Hanbury Brown no se escribe con un guion.
