Efecto Hanbury Brown y Twiss
En física , el efecto Hanbury Brown and Twiss ( HBT ) es cualquiera de una variedad de efectos de correlación y anticorrelación en las intensidades recibidas por dos detectores de un haz de partículas. Los efectos HBT generalmente se pueden atribuir a la dualidad onda-partícula del haz, y los resultados de un experimento dado dependen de si el haz está compuesto de fermiones o bosones . Los dispositivos que utilizan el efecto se denominan comúnmente interferómetros de intensidad y se utilizaron originalmente en astronomía , aunque también se utilizan mucho en el campo de laóptica cuántica .
En 1954, Robert Hanbury Brown y Richard Q. Twiss introdujeron el concepto de interferómetro de intensidad en la radioastronomía para medir el diminuto tamaño angular de las estrellas, sugiriendo que también podría funcionar con luz visible. [1] Poco después probaron con éxito esa sugerencia: en 1956 publicaron una maqueta experimental en el laboratorio usando luz azul de una lámpara de vapor de mercurio , [2] y más tarde en el mismo año, aplicaron esta técnica para medir el tamaño de sirio _ [3] En el último experimento, dos tubos fotomultiplicadores, separados por unos pocos metros, se apuntaron a la estrella usando telescopios toscos, y se observó una correlación entre las dos intensidades fluctuantes. Al igual que en los estudios de radio, la correlación disminuyó a medida que aumentaron la separación (aunque en metros, en lugar de kilómetros), y usaron esta información para determinar el tamaño angular aparente de Sirio.
Este resultado fue recibido con mucho escepticismo en la comunidad física. El resultado de la radioastronomía se justificó por las ecuaciones de Maxwell , pero existía la preocupación de que el efecto se rompiera en las longitudes de onda ópticas, ya que la luz se cuantificaría en un número relativamente pequeño de fotones que inducen fotoelectrones discretos en los detectores. Muchos físicos se preocuparon de que la correlación fuera inconsistente con las leyes de la termodinámica. Algunos incluso afirmaron que el efecto violaba el principio de incertidumbre . Hanbury Brown y Twiss resolvieron la disputa en una ordenada serie de artículos (ver Referenciasa continuación) que demostró, primero, que la transmisión de ondas en la óptica cuántica tenía exactamente la misma forma matemática que las ecuaciones de Maxwell, aunque con un término de ruido adicional debido a la cuantificación en el detector, y segundo, que de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, la interferometría de intensidad debería funcionar. Otros, como Edward Mills Purcell , apoyaron inmediatamente la técnica, señalando que la agrupación de bosones era simplemente una manifestación de un efecto ya conocido en la mecánica estadística . Después de una serie de experimentos, toda la comunidad física estuvo de acuerdo en que el efecto observado era real.
El experimento original utilizó el hecho de que dos bosones tienden a llegar a dos detectores separados al mismo tiempo. Morgan y Mandel utilizaron una fuente de fotones térmicos para crear un tenue haz de fotones y observaron la tendencia de los fotones a llegar al mismo tiempo a un solo detector. Ambos efectos utilizaron la naturaleza ondulatoria de la luz para crear una correlación en el tiempo de llegada: si un solo haz de fotones se divide en dos haces, entonces la naturaleza de partículas de la luz requiere que cada fotón solo se observe en un solo detector, por lo que un La anticorrelación fue observada en 1977 por H. Jeff Kimble . [4] Finalmente, los bosones tienen una tendencia a agruparse, dando lugar a las correlaciones de Bose-Einstein , mientras que los fermiones debido al principio de exclusión de Pauli, tienden a separarse, dando lugar a (anti)correlaciones de Fermi-Dirac. Se han observado correlaciones de Bose-Einstein entre piones, kaones y fotones, y (anti)correlaciones de Fermi-Dirac entre protones, neutrones y electrones. Para una introducción general en este campo, consulte el libro de texto sobre las correlaciones de Bose-Einstein de Richard M. Weiner [5] Una diferencia en la repulsión del condensado de Bose-Einstein en la analogía de "trampa y caída libre" del efecto HBT [6 ] afecta la comparación.
