En la variación del experimento de doble rendija en la que se usan 2 espejos semiplateados y 2 espejos para ilustrar la interferencia de una corriente de fotones o fotones individuales en un paso de tiempo dado, ¿cómo es que cuando el experimento se compone de los 4 espejos ¿el fotón siempre sabe ir a la Cámara 1/A en cada ilustración del experimento del que he oído hablar? ¿Por qué SIEMPRE no va a la Cámara 2/B con esta configuración? Parece tan arbitrario y nunca he encontrado la razón.
Diagrama para refrescarlo: (suponga que todas las distancias son iguales en el diagrama).
[CAM 1/A] (beam)
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regular mirror |
//---------------------/ [CAM 2/B] (no beam)
| | half-silvered mirror #2
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[XXX>--/---------------------// regular mirror
^half-silvered mirror #1
[XXX>es el emisor de fotones/láser. La barra a la derecha del emisor de fotones representa uno de los dos espejos medio plateados que he designado como espejo medio plateado #1.
Entonces... ¿por qué cuando ocurre una interferencia en el espejo medio plateado #2, el fotón decide que prefiere la cámara designada CAM 1/A cuando fácilmente podría ir a la otra CAM cada vez que interfiere?
la luz de los dos caminos diferentes está en fase yendo a cam1 y fuera de fase yendo a cam2. Para ver esto, veamos cada ruta que va a la cámara 1 y cada ruta que va a la cámara 2.
Lo importante que debe saber es que ambos "espejos semiplateados" son, de hecho, interfaces entre medios ópticos de dos índices de refracción diferentes. La interfaz va de abajo a la izquierda a arriba a la derecha en ambos casos, y en ambos casos el medio superior izquierdo tiene un índice de refracción más bajo y el medio inferior derecho tiene un índice de refracción más alto. (En realidad, se podrían voltear, pero deben ser coherentes entre sí).
Comencemos con cam1. Y para cam1 comencemos con el camino superior. La luz incide primero en el espejo y se acumula de fase porque se refleja mientras se mueve desde un bajo índice de refracción a un alto índice de interfaz de refracción. Entonces la luz recorre la distancia vertical, adquiriendo alguna fase. Entonces la luz se refleja en el espejo, adquiriendo otra fase. Entonces la luz se refleja en el otro espejo medio plateado, adquiriendo de nuevo fase, luego la luz va a la leva 1. La fase total acumulada es distancia + .
Ahora consideremos el otro camino a cam1 (el camino inferior). Aquí no hay fase en el espejo ya que lo atraviesa. Acumula fase a partir de la distancia horizontal y una de fase cuando se refleja en el espejo. También acumula la fase de distancia vertical. Por último, observe que no acumula fase a medida que pasa por el espejo. Por lo tanto, la cantidad de fase acumulada en este camino a cam1 es distancia+ .
Dado que las fases acumuladas de los dos caminos difieren por , se suman constructivamente y ves una señal en cam1.
Ahora pensemos en cam2. Esperamos que los dos caminos viajen la misma distancia que antes, así que no consideremos las contribuciones de fase desde la distancia, sino solo la reflexión. Comencemos con el camino superior. Aquí se acumula de fase de reflejarse en el primer espejo, al igual que antes. Asimismo, adquiere de fase cuando se refleja en el segundo espejo. Sin embargo, no adquiere ninguna fase al pasar por el espejo final. Por lo tanto tiene un total de de fase
Ahora consideremos el camino inferior a cam2. No adquiere ninguna fase al pasar por el primer espejo semiplateado. Se pone cuando se refleja en el espejo normal. Por último, no adquiere fase al reflejarse en el espejo final ya que se está reflejando al pasar de un material de alto índice de refracción a un material de bajo índice de refracción. Así tiene una fase total acumulada de . Esto es diferente de la fase del otro camino por y así estos caminos se suman destructivamente.
Esta es la razón por la que ve la señal en un solo detector, aunque la configuración parece algo simétrica.
Esta configuración basada en media plata se conoce como interferómetro Mach-Zehnder. puede ver este comportamiento al enviar un fotón a este interferómetro. El fotón viaja por caminos superiores e inferiores. El camino inferior asigna el signo menos (cambio de fase de 180 grados) al fotón para que se anule y llegue siempre a CAM 1/A.
Probé en casa con luz láser normal. los rayos llegan tanto a la CAM 1/A como a la CAM 2/B. Pero pude ver un patrón de interferencia en ambos haces.
La respuesta es bastante simple. la razón es que el primer espejo medio plateado refleja la luz hacia abajo y por lo tanto no hay luz en el camino a Cam2
Stefan Bischoff