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Como un comienzo rápido y un problema de contexto primero debemos explicar lo que “interferometría” es.
Consiste en técnicas de combinación de ondas emitidas como un método de medición para obtener información de un fenómeno llamado “interferencia”.
Por ejemplo, con haces de luz, cuando se superponen obtenemos un patrón de interferencia y con esto información acerca de las ondas que los forman y de el entorno en el cual se expandieron.
De hecho, fue la base teórica utilizada por Michelson y Morley en 1887 en su “Experimento de Éter”. La segunda cosa que necesitamos saber es la característica de la dualidad onda-partícula.
Para esto es necesario recordar el experimento de doble rendija del cual ya sabemos que el comportamiento de las partículas al pasar a través de las rendijas creara dos líneas en la pantalla en los puntos donde golpean y cuando las ondas pasan a través de las rendijas estas crearan un patrón de interferencia en el cual la intensidad de las líneas en la pantalla dependerá de si lo que vemos es interferencia constructiva o interferencia destructiva entre ambas ondas.
Una historia divertida es cuando llevamos esto al nivel cuántico y observamos como un torrente de electrones se comporta, por ejemplo.
Cuando utilizamos una sola rendija se crea una imagen de la rendija en la pantalla detrás de esta pero cuando pasamos los electrones a través de dos rendijas no obtenemos dos líneas en la pantalla sino un patrón de interferencia y esto ocurre aun cuando pasamos un electrón a la vez durante un intervalo largo de tiempo
La conclusión es que el electrón abandona la fuente como una partícula, se convierte en una onda, pasa a través de ambas rendijas e interfiere consigo mismo para golpear la pantalla como una partícula. Esto significa que tenemos una superposición de todas las posibilidades que pueden ocurrir. Así es como el universo cuántico actúa cuando no lo observamos con cuidado.
Ahora podemos hablar de un interferómetro. El interferómetro de Mach-Zehnder fue creado por el físico Ludwig Zehnder y mejorado por Ludwig Mach en 1891 y 1892 respectivamente, es un dispositivo simple utilizado para determinar el desfase relativo entre dos haces colimados, derivados de dividir una sola fuente de luz.
Un haz colimado es dividido por un espejo medio plateado. Los dos haces resultantes; el “sample beam” y el “reference beam” son reflejados por un espejo. Ambos haces pasan entonces por un segundo espejo medio plateado y llegan a dos detectores.
Dependiendo en el desfase relativo obtenido por el haz a lo largo de los dos caminos el segundo divisor de haces reflejara el haz con una eficiencia entre el 0 y el 100%
El interferómetro de Mach-Zehnder también facilita la determinación de la longitud de onda de un haz de luz, la habilidad de determinar el índice refractivo de un material transparente y también de establecer el índice refractivo del aire.
La configuración del Mach-Zehnder es adaptable, por lo cual puede ser utilizado en varios tópicos fundamentales de investigación tales como mecánica cuántica, pero en general se utiliza para estudiar objetos transparentes y resulta de gran utilidad al analizar la dinámica de gases en un túnel de viento.
También ha sido adaptado para múltiples propósitos anticipándose a aplicaciones derivadas de estas áreas en los últimos años.
Mientras estábamos en el proceso de investigación bibliográfica nos encontramos con un gran numero de artículos y “papers” describiendo experimentos que incluían el interferómetro de Mach-Zehnder. Al final decidimos que explicar uno de estos seria la mejor manera de hacer más fácil el proceso de entendimiento del tema.
El experimento que seleccionamos consiste en un interferómetro de Mach-Zehnder modificado que curiosamente es análogo al experimento de doble rendija, incluye polarizadores lineales en cada una de sus patas y al hacer esto, los científicos fueron capaces de codificar el camino que el fotón sigue en la polarización, una pata es polarizada verticalmente y la otra horizontalmente. Gracias a la consideración de que los estados propios del momento angular son un set de bases lógicas fue posible definir los estados de polarización lineal como combinaciones pares o nones de esos estados bases.
Para la mayoría de las mediciones que fueron hechas en este experimento los investigadores sustituyeron el divisor de haces tradicional con un espejo de primera superficie proyectando parcialmente en el camino de la luz para que solo la mitad del haz de fotones se corte, después de que el haz pasa por este proceso hace una decisión de “izquierda-derecha” que es muy similar al experimento de doble rendija.
Cuando el haz sale del interferómetro un análisis de los haces recombinados se hace utilizando polarizadores circulares y lineales, este análisis permitió a los científicos examinar la dependencia espacial de la polarización de la luz, en mecánica cuántica esto significa que el haz o selecciona un camino o borra la codificación de camino del estado cuántico del fotón.
El ultimo paso de este experimento fue el de reducir la fuerza con la que el haz de luz pasa a través del divisor de haces aproximadamente por nueve ordenes en magnitud, fueron capaces de hacer esto utilizando una combinación de polarizadores cruzados y filtros de densidad.
En la elaboración de estos experimentos los investigadores encontraron que si el polarizador analizado estaba orientado en la dirección “x” o en la dirección “y” entonces no obtendrían un patrón de interferencia, esto debido a que la luz solo viajaba a lo largo de un brazo del interferómetro; algo más interesante es que encontraron también que hay una falta de líneas de interferencia cuando no hay analizador final.
No es necesario detectar el camino que sigue el haz de luz, codificar la información del encaminamiento es suficiente para destruir el patrón de interferencia.
Sin embargo, la destrucción de las líneas de interferencia que ocurre no es el resultado de golpes aleatorios de momento destruyendo la coherencia, esto fue demostrado borrando la información de encaminamiento y reorganizando el patrón de líneas.
Para hacer esto, orientaron el polarizador encargado del análisis a un ángulo de 45° restaurando así las líneas del patrón de interferencia.
También realizaron el análisis orientando el polarizador a un ángulo de -45° pero el patrón resultante fue un poco diferente, las líneas que eran negras eran ahora luz y viceversa.
Quantum: Los misterios de complementariedad y los procesos de medición en mecánica cuántica son probablemente definidos de manera más simple y elegante en el contexto de interferencia, una onda cuántica viaja de una fuente hacia su región de detección a través de dos caminos distintos. La interferencia entre ambas ondas viajando en los dos caminos es aparente en la región de detección gracias a líneas de interferencia demostrando una dependencia espacial de la probabilidad de distribución. Sin embargo, si uno le pregunta a la función de la onda por el camino que la partícula tomo y donde se encontraba, el patrón de interferencia será destruido. La explicación común para la perdida de las líneas de interferencia fue atribuida a Niels Bohr, quien dijo que la destrucción inevitable de los caminos tenia que estar asociada al proceso de medición, dijo que el patrón de interferencia se perdía debido a que la dirección del fotón se veía modificada en una manera aleatoria durante la medición.
Dürr, Nonn,y Rempe describieron un experimento usando las transiciones de micro ondas proporcionadas, una superposición de dos estados de “spin” con distintas fases entre los dos
