Átomos Fríos y Óptica Cuántica

Somos un grupo joven, tenemos la meta de construir sistemas cuánticos de luz y materia juntando dos tecnologías que fueron desarrolladas independientemente alrededor del mundo dentro de laboratorios con distinta naturaleza. Hemos escogido a los átomos neutros como las partículas masivas para nuestros sistemas porque podemos aislarlos sencillamente y todos ellos son idénticos. En particular trabajamos con rubidio, elemento alcalino con el cual tenemos experiencia para controlar sus grados externos e internos de libertad. Nuestro primer objetivo es producir luz con propiedades cuánticas que sea capaz de interaccionar con los átomos. Este es el ingrediente faltante para forma nuestros sistemas que unirá a las tecnologías de óptica cuántica y óptica atómica. Para desarrollarlo hemos construido dos experimentos en donde inducimos el mezclado de cuatro ondas en átomos fríos y átomos calientes. Dentro del primero estudiamos correlaciones temporales entre pares de fotones; en el segundo estudiamos las correlaciones espaciales de haces gemelos. Eventualmente queremos juntar el aprendizaje proveniente de cada experimento en un aparato donde seamos capaces de controlar las correlaciones de variables globales y locales de la luz generada.

Trabajos recientes

  • Francisco Sebastian Ponciano Ojeda, Cristian Mojica-Casique, Santiago Hernandez-Gomez, Oscar Lopez-Hernandez, Lina M Hoyos Campo, Jesus Flores Mijangos, Fernando Ramirez-Martinez, Daniel Sahagun, Rocio Jauregui y Jose Jimenez-Mier, “Optical spectroscopy of the 5p3/2 → 6p1/2 electric dipole forbidden transition in atomic rubidium, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, aceptado mayo 2019.

  • F Ponciano-Ojeda, S Hernández-Gómez, C Mojica-Casique, E Ruiz-Martínez, O López-Hernández, R Colín-Rodríguez, F Ramírez-Martínez, J Flores-Mijangos, D Sahagún, R Jáuregui, J Jiménez-Mier, “One step beyond the electric dipole approximation: An experiment to observe the 5p--> 6p forbidden transition in atomic rubidium”, American Journal of Physics pags. 7-13, vol. 86, 2018.

  • Ritayan Roy, Paul C.Condylis, Vindhiya Prakash, Daniel Sahagun, y Björn Hessmo, “A minimalistic y optimized conveyor belt for neutral atoms”, Scientific Reports 13660 (1), vol. 7, 2017.

  • Luis Benet, Diego Espitia y Daniel Sahagún, “Probing two-particle exchange processes in two-mode Bose-Einstein condensates”, Physical Review A 95, 033624, 2017.

  • C Mojica-Casique, F Ponciano-Ojeda, S Hernández-Gómez, O López-Hernández, J Flores-Mijangos, F Ramírez-Martínez, D Sahagún, R Jáuregui y J Jiménez-Mier, “Control of electronic magnetic state population via light polarization in the 5p 3/2 -> 6p 3/2 electric quadrupole transition in atomic rubidium”, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 50 025003, 2016.

Infraestructura

Hemos construido un sistema de láseres que cuenta con ramas independientes que alimentan con la luz adecuada a dos experimentos distintos. En uno inducimos el mezclado de cuatro ondas sobre átomos calientes. En el actualmente estudiamos la herencia en estructura de fase de los haces de bombeo a las luz paramétrica generada. En el otro inducimos el mezclado de cuatro ondas en átomos fríos para generar pares de fotones.

Mezclado de cuatro ondas en átomos calientes

Dentro de este aparato experimental inducimos el mezclado de cuatro ondas excitando átomos de rubidio desde su estado base 5S1/2 al estado 5D5/2 pasando por el 5P3/2. Al decaer los átomos emiten luz en el lejano infrarrojo, que no podemos observar. Pero al decaer del estado 6P3/2 de vuelta al 5S1/2 el gas atómico emite luz azul. Parte de esta luz es fluorescencia paramétrica que cumple con las condiciones de empatamiento de fase, por lo que es emitida con una dirección preferente y hereda propiedades importantes de la luz original. Sintonizamos la frecuencia de la luz para bombear el mezclado de cuatro ondas con arreglos de espectroscopia, de donde la enviamos al experimento por medio de fibra óptica. Ahí, le imprimimos una estructura de fase que puede ser arbitraria y después sobre ponemos a los dos haces justo antes de la entrada de nuestro horno. En donde calentamos una celda de espectroscopía entre la temperatura del ambiente y 130 ºC. Hemos construido y interferómetro de Michelson a la salida del horno para analizar la estructura de fase resultante sobre la luz azul.

Mezclado de cuatro ondas en átomos fríos

Aquí inducimos el mezclado de cuatro ondas con una configuración de transiciones ligeramente distinta. También con una doble excitación alcanzamos en este caso el estado 5D3/2 via el estado 5P3/2. Este esquema tiene varios caminos para decaer. Uno de los que son más probable emite dos fotones en el infrarrojo cercano al decaer en cascada la 5D3/2 -> 5P1/2. Hacemos uso de este hecho afortunado para detectar los fotones generados por ambos decaimientos en las direcciones preferenciales marcadas por el empatamiento de modo. Además, con este sistema sistema, y con varias configuraciones diamante dentro de los elementos alcalinos, siempre tendremos que uno de los fotones generados será resonante con el estado base del rubidio. Lo cual es conveniente para su posterior interacción con átomos de la misma especie. Contrastando con el experimento en donde usamos átomos calientes, el efecto Doppler está prácticamente anulado durante la interacción de los átomos con la luz de bombeo. Esto nos permite observar pares de fotones con una alta tasa de señal a ruido; en este experimento trabajamos en el régimen discreto mientras que en el aparato anterior trabajamos en el contexto de los llamados "haces gemelos". Nuestro objetivo es diseñar a los pares de fotones optimizándolos para su interacción con otros átomos de manera tal que pudiesen tomar el papel de fotones anunciados en redes cuánticas.

Colaboración

Miembros

Dr. Daniel Sahagún Sánchez
Líder del Grupo
sahagun@fisica.unam.mx
Dra. Ma. Nieves Arias Tellez
Posdoc
natellez@fisica.unam.mx
M. en C. Jorge Gerardo Acosta Montes
Asistente de Investigación
jorgeacosta@estudiantes.fisica.unam.mx
M. en C. Adrián Vallejo Martínez
Asistente de Investigación
adrianvallejo@estudiantes.fisica.unam.mx
Luis Alberto Mendoza López
Estudiante de Maestría
luismendoza@estudiantes.fisica.unam.mx
Irvin Fermín Ángeles Aguillón
Estudiante de Maestría
iangeles@estudiantes.fisica.unam.mx
Diego Martínez Cara
Estudiante de Licenciatura
dmcara@fisica.unam.mx
José Jesús Ramírez Cárdenas
Estudiante de Servicio Social
jesusramirez@estudiantes.fisica.unam.mx
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