Kvanteoptikklaboratoriet

Hva er lys? Hvor stort er et foton? Er et foton udelelig? Spørsmålene er mange, og svarene er mer kontroversielle og problematiske enn det mange liker å gi inntrykk av. I vår forskningsgruppe forsøker vi å stille utdypende spørsmål om lys, hvordan det genereres, vandrer gjennom rommet og absorberes. Vårt mål er å bidra litt til fysikkens utvikling på dette området.

En stråledeler (beamsplitter) er et av mange vesentlige komponenter i kvanteoptikk. Er fysikken så enkel at stråledeleren bare foretar en mynt/krone-avgjørelse om et foton skal slippe rett gjennom eller bli reflektert (slik mange synes å tro)? Eller er det mer kompliserte prosesser som foregår? I så fall må vi kanskje gå bort fra dagens oppfatninger og finne en bedre beskrivelse av hva som skjer!

Om gruppen

I løpet av de siste få år har vi bygget opp et nytt, moderne laboratorium ved Fysisk institutt, hvor lysets egenskaper står i fokus. Vi er spesielt opptatt av såkalte grunnlagsproblemer i fysikken i teori og eksperimenter.

Gruppen er foreløpig liten. Vi har ikke kunnet gi plass til så mange fordi det tar tid å finansiere oppbyggingen av laboratoriet. For tiden er det en førsteamanuensis, en post doc, en PhD-student og en eller flere masterstudenter in spe. Også andre bidrar til vår virksomhet gjennom deltakelse i vår diskusjonsgruppe som dette semesteret møtes hver onsdag.

Prosjekter

1) Sammenfiltring

Sammenfiltrede fotoner har spilt en meget viktig rolle for å "avgjøre" hvorvidt Bohr eller Einstein "hadde rett" i en diskusjon på 1930-tallet. Er det mulig å opprettholde oppfatningen om at lys har en vel definert  egenskap (f.eks. polarisering) mens det beveger seg underveis fra en kilde til en detektor? Eller har lyset bare en mulighet i seg, og at selve egenskapen først oppstår når vi gjør en måling? Einstein var av den første oppfatningen, noe som kalles "lokal realismefortolkning", mens Bohr var av den andre oppfatningen. 

Forsøk til Aspect i Paris i 1981 og mange lignende eksperimenter siden tolkes som oftest dithen at Bohr hadde rett. 

Resultatet er problematisk, idet det kan implisere at vår forestilling om årsak og virkning må endres til dels dramatisk. Skal imidlertid en så grunnleggende oppfatning fra filosofien og hverdagslige erfaringer forkastes, er det vår oppfatning at hver sten må snus for å finne eventuelle svakheter i analysen vi har foretatt så langt.

Vi ønsker å gjennomføre sammenfiltringsforsøk og bruke litt andre antakelser i analysen enn de som hittil har vært brukt. Blant annet vil vi modellere lys som delelige bølger, og at detektorene har en annen respons enn "ett foton inn - en puls ut". Vi vil registrere alle pulser fra detektorene og gjøre en grundig analyse i etterkant i stedet for å forkaste de fleste målingene i utgangspunktet og bare ta vare på de som følger en spesiell modell (udelelig foton-modellen).

Vi har siden senhøsten 2011 produsert sammenfiltrede fotoner av høy kvalitet. Vi har bygget ut eksperimentet slik at vi nå kan analysere flere parametre i disse eksperimentene enn noe annet laboratorium (såvidt vi vet). Det gir oss en særdeles god plattform for neste fase i prosjektet, nemlig å forsøke å finne alternative og/eller mer detaljerte forklaringer av den underliggende fysikken i disse forsøkene. 

2) Koherens / størrelse på fotonet

I gruppen vår har vi som arbeidshypotese at et foton har en utstrekning i tid og rom, og at det ikke bare kan anses som en nærmest punktformig partikkel. Men hvor stort er da fotonet? Har fotoner fra én kilde en større utstrekning enn fra andre kilder? Er fotonenes størrelse på en eller annen måte knyttet til det vi kaller lysets koherenslengde? I så fall kan kanskje koherenslengdemålinger gi en tilleggsinformasjon om enkeltfotoner i forhold til hva vi kjenner til i dag.

Vi har startet med å gjennomføre numeriske beregninger av koherenslengdens avhengighet av fotonets utstrekning og av hvor intenst lyset er. Resultatene hittil er interessante og lovende. Vi ønsker derfor å gjennomføre målinger av koherenslengder for ulike lyskilder når lyset dempes enormt i intensitet, men der intensiteten enten reduseres ved å filtrere bort mye lys, eller ved å redusere antall emittere. Blir resultatet forskjellig for disse to forsøksoppsettene, kan det indikere at fotoner slett ikke er så udelelige som mange i dag tror. Vi er ganske spente på resultatene!

 

Studieprogrammer og emner

Siden Kvanteoptikklaboratoriet (QOL) er en ny virksomhet ved instituttet, passer den ikke naturlig inn i noen av de eksisterende forskningsgruppene. Virksomheten er hovedsakelig eksperimentell, men med solid forankring også i teori. Dersom du er interessert i en masteroppgave hos oss, må du (foreløpig) søke opptak til masterstudiet retning Fysikk, med fagfelt "Teori" . Legg merke til at noen av kurskravene er forskjellige for de som skal ta eksperimentell kvanteopptikk sammenlignet med øvrige teorioppgaver.

De mest relevante kurs for dem som vil studere kvanteoptikk ved QOL, er:

Avhengig av dine interesser og tema på din masteroppgave kan det også være gunstig å ta:

I tillegg anbefaler vi 10 studiepoeng "spesialpensum" i eksperimentell kvanteoptikk. Grunnen er at man må tilegne seg en god del eksperimentelle metoder samt teoretiske momenter, og det er rimelig at man får uttelling for dette arbeidet også i form av studiepoeng. Vanligvis blir spesialpensum gjennomgått i form av kollokvier hvor man går gjennom deler av en bok, gjerne supplert med enkelte originalartikler. Spesialpensum kan skreddersys litt alt etter hva slags konkret masteroppgave man skal arbeide med, og etter hva hver enkelt synes er mest interessant. Det kan hende vi får formalisert et eget kurs (med kurskode) innen du er klar for dette pensumet, men så lenge det er relativt få studenter som er involvert, er det bedre å operere med spesialpensum enn med kurs.

 

Ressurser

Vi har hatt en egen webside for kvanteoptikklaboratoriet, men denne vil etter hvert bli faset ut og ikke vedlikeholdt. Inntil vi har fått lagt informasjon over til denne nye websiden, kan det være ting og tang av interesse på den gamle siden. Du finner den her: http://koherens.uio.no/qol/index.html .

Kontakt oss

Kvanteegenskaper ved lys er spennende, og mange vil ved selvsyn se hva vi gjør på laboratoriet vårt. Vi tar imot besøkende til en viss grad, men siden for mye støv kan ødelegge våre forsøk, har vi en viss begrensing i hvor mange vi tar imot. Innen denne grensen tar vi imot både skoleklasser, studenter ved UiO eller andre interesserte. Ta kontakt med oss, så ser vi hva vi kan få til (kontakt f.eks. Arnt Inge Vistnes, a.i.vistnes[at]fys.uio.no, tel: 22855646, mobil 93451191).

 



Vi tilbyr også å gi populærvitenskapelige forelesninger på skoler i Østlandsområdet og i andre sammenhenger. Igjen er det bare å ta kontakt, så ser vi hva vi rekker over. Noen eksempler på populærforelesninger er:

  • Bølge-partikkel-dualismen for lys: Historisk oversikt og problemer knyttet til dagens oppfatning
  • Sammenfiltrede fotoner: Hva er dette, og hva kan det brukes til? Kan fenomenet forstås på flere måter?
  • Heisenbergs uskarphetsrelasjon: Hvordan kan den forstås? Har den en dypere basis enn vi ofte tenker oss?

 

Emneord: lys, foton, sammenfiltring, sammenfiltret, kvanteoptikk, kvantemekanikk, lokal realisme, grunnlagsproblemer i fysikk, koherens
Publisert 9. nov. 2010 10:53 - Sist endret 8. nov. 2012 10:54

Kontakt

Gruppeleder Arnt Inge Vistnes