The Earth has twitched, and that is not a metaphor referring to weird decisions of world leaders that may affect the whole planet. Literally, the Earth has twitched.
In their sinister dance, they were loosing energy, closing their positions in continuous rotation. One day of three billion years ago, they collapsed in a deadly espiral until they merged into a black hole 50 times the mass of our sun. In their final collapse, the two black hole radiated a huge amount of energy (more than the rest of the visible universe) in the form of gravitational waves. those waves, shacked the fabric of space-time, and literally stretched and expanded the distances throughout the universe. The Earth trembled, and you and I also. On January 4th, 2017, just a few weeks after running again the detectors of LIGO (Light Interferometer for Gravitational waves Observer), two equal signals arrived at both observatories (Washington and Louisiana). Those signals made space oscillate by one ten-thousandth of the size of a proton. A really small amount that scientists and engineers at LIGO are able to discriminate from any other noise signal. This way we can scrutinize the universe. After millions of years of evolution, the last 400 years have made a crucial leap in the way the human being investigates the universe and our place in it. We are able to answer fundamental questions about the cosmos. Abstract concepts such as the universe itself, space and time , are tools used in a daily basis by scientists, that help us understand and keep ongoing the fascinating enterprise of the discovery. It would be good that, as a society, we elected leaders that show a genuine interest to support that marvelous aspect of humans. @Dr_Photonics
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Hace unos años, en el festival de cine de Cannes se proyectó la versión coloreada de la célebre película de George Méliès, “Viaje a la Luna”, del año 1902. Dicha película, basada en la novela homónima de Jules Verne, describe en 14 minutos cómo un grupo de científicos planea viajar a nuestro satélite, cómo llevan a cabo la elaboración del cohete-bala que les llevará, como llegan a la Luna y conocen a sus habitantes y como regresan a la Tierra. A fin de poner a los seis sabios en la Luna construyen un cañón de trescientos metros (según la novela de Verne) que debe disparar la bala, ocupada por los viajeros. Esta es la manera que consideró el escritor francés para escapar de la Tierra. Hoy en día, los jóvenes alumnos de secundaria han visto calcular, o han calculado ellos mismos, cual es la velocidad que tiene que alcanzar un proyectil para escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra. Todo cuerpo astronómico tiene una velocidad de escape, que depende de su masa y de su tamaño. Para la Tierra es de 11 kilómetros por segundo, para Marte es de 5 kilómetros por segundo, para el Sol es de 615 kilómetros por segundo, para la Luna es de 2’4 kilómetros por segundo y para un agujero negro es de 300000 kilómetros por segundo (la velocidad de la luz). Cualquier proyectil que se lance, alejándolo de la superficie del astro en cuestión, irá disminuyendo su velocidad, debido a la atracción gravitatoria. Si la velocidad con que se lanza es inferior a la de escape, acabará deteniéndose y volviendo a caer y, si la velocidad es superior a la de escape (aquí no tendré en cuenta los efectos del rozamiento), el cuerpo acabará escapando del astro. 11 kilómetros por segundo es una velocidad nada desdeñable pero, según Verne y Méliès, esta velocidad la tienen que alcanzar los seis científicos en un cañón de tan solo 300 metros. Otro sencillo cálculo de física de cuarto de E.S.O. nos permite determinar que la aceleración que deben soportar los intrépidos viajeros, para alcanzar la velocidad de escape, es nada menos que 17000 veces superior a la aceleración de la gravedad terrestre. Esta gravedad terrestre, a la que se suele referir como “g”, es aquella con que la Tierra atrae a las manzanas y demás cuerpos situados en su superficie. El cuerpo humano tiene sus limitaciones y, en términos generales, no puede soportar aceleraciones superiores a unas 3 veces la de la gravedad. Quizás una persona entrenada y con un traje especial que presione puntos específicos del cuerpo, sí podría llegar a soportar aceleraciones de unas cinco g, pero únicamente durante escasos segundos. De ninguna de las maneras se podrían soportar las 17000 g de la escena. Cuando una persona experimenta una aceleración, por ejemplo al despegar en un avión, nota un empuje, hacia delante, al cual no responden por igual todos sus órganos. Los sólidos responden antes a dicho empuje mientras que los líquidos, muy presentes en nuestro organismo, se comprimen en la parte opuesta a la dirección de la aceleración, la espalda o la nuca en el caso del avión, y tardan algo más en acelerar. Si la aceleración de dicho avión es importante, esto puede hacer que el riego sanguíneo se redistribuya haciendo que sea insuficiente en determinados órganos y zonas del cuerpo, como la parte frontal de la cabeza, los ojos o incluso el corazón, en el caso del avión. También se verían comprimidos y aplastados órganos como los riñones o pulmones. Esto conllevaría daños importantes, cuya magnitud dependería del valor de la aceleración. En el caso de unas pocas g se producirían mareos, pérdida de consciencia, pérdida de visión. Para valores de alguna decena de g, en pocos segundos las consecuencias serían irreversibles. Para 1700 g llegaría a la Luna un puré rojo de científicos. A pesar de este y varios fallos de rigor científico más, bien vale la pena ver la corta película que supuso todo un hito en el cine en aquel momento Albert Einstein fue elegido como el personaje del siglo XX en el año 2000 por la revista americana Time. No solo sus grandes aportaciones a la ciencia, si no también su activismo humanista y compromiso social, hicieron que un científico pasase por encima de políticos, artistas y deportistas.
De Albert Einstein se pueden encontrar centenares o miles de citas. La gente lo utiliza para justificar todo tipo de ideas, desde actitudes políticas, dietas fantásticas o modos de vida, hasta pseudociencias y esoterismo. Cada uno coge sus citas en el sentido que le interesa. Seguro que si se le preguntase por el problema català, cada uno interpretaría sus palabras en la dirección que le interesa. Pero si alguien puede hacer referencia a Albert Einstein con conocimiento de causa, esos somos los físicos. Terrassa puede sentirse orgullosa por el impacto de Einstein en sus calles, no solo por que las visitó en 1923, si no por que Terrassa lleva 10 años acogiendo unas jornadas de divulgación de relatividad de gran éxito. Diez años llevan Planeta da Vinci y la Agrupació Astronòmica de Terrassa, con el apoyo del Ajuntament de Terrassa y otras entidades locales, acercando la apasionante teoría de Einstein a sus ciudadanos, a la vez que abriendo las puertas de la ciudad a visitantes de todo el territorio catalán. Más de doscientas personas había registradas a una semana de su celebración, el sábado 6 de mayo, en el Teatre Principal. Una gran sala, construida a la vez que Einstein desarrollaba su teoría de la relatividad. Lo bueno de la ciencia es que no tiene fronteras. La ciencia es una empresa universal, donde gente de todo el planeta colabora para construirla y hacer progresar nuestra sociedad. Otra historia es como nuestros dirigentes quieran usarla, o que prioridad quieran darle. Señor Rajoy, señor Puigdemont, ¿qué saben ustedes de ciencia? El viajar por el mundo haciendo ciencia le permite a uno encontrarse con gente de la Dhaka, Santiago de Chile, Boston, Berlín, Manresa, Gijón, Villalba, todos subidos en el mismo barco de la ciencia y el progreso del conocimiento. No hay ciencia catalana, o ciencia alemana, pero sí hay países que apuestan por la ciencia y pueden poner su sello de identidad. Ignacio Cirac, de Manresa, es probablemente el científico catalán que más cerca está del premio Nobel, varias veces nominado. Si se lo diesen, ¿qué diría la gente? ¿Es su ciencia, ciencia catalana, cuando toda su carrera científica ha sido desarrollada en el extranjero, sobre todo en Alemania? Las jornadas de divulgación de relatividad son importantes para poner a la sociedad catalana en el mapa mundial, para que las estadísticas no digan que los catalanes creen en estupideces como la homeopatía, o que el sol gira alrededor de la tierra (reciente informe de la FECYT). También es importante para que la sociedad exija a sus dirigentes políticas de impacto en ciencia, que no son más que políticas para el bienestar de sus ciudadanos. Two independent research groups have showed for the first time interference of three indistinguishable photons, pushing photonics applications towards a more powerful stage. Interference of particles, manifesting their wave behavior, is a purely quantum phenomenon which has no analog in classical mechanics. In particular, interference of one photon with itself goes against daily intuition, but also shows how nature really behaves. Interference of two single photons is a powerful tool that can be used to test the dual behavior of particles or the non-locality of quantum mechanics. It has also many technological applications in quantum information, for instance, single photon interference can be used for qubit generation and manipulation. In Quantum Key Distribution (QKD), Measurement-Device-Independent QKD exploits the interference of photons at a beam splitter, to reduce the requirements of the setup, closing loopholes for practical implementations. MDI-QKD has also been shown to be a good path to extend two-parties QKD to network QKD. Two independent researches from Canada, Germany, and Austria, and from the UK and Denmark, have demonstrated experimentally three photon interference at a beam splitter, being able to distinguish from single and two photon interference. A beam splitter is an optical element (crystal) that splits the light in two parts. It has two incoming ports and two outgoing ports. Single photons going to a 50:50 beam splitter will have 50% probability of going out through each output port. The HOM experiment Quantum mechanics says that when two indistinguishable photons arrive simultaneously at the two different input ports of the beam splitter (BS) they will interfere and they will leave the BS from the same output port. This behavior cannot be explained from quantum optics, it is just a quantum interference phenomenon. This result has been long observed. It was first shown experimentally by Hong, Ou, and Mandel in 1987. In their experiment they measured the coincidence probability of having an outgoing photon from each output port, as they changed the time of arrival at the BS of one of the incoming photon. They observed a decrease of the coincidence probability just when both identical photons arrived at the same time. Otherwise, the photons begin to be distinguishable, as their timing is different. This experiment measures the indistinguishability of two incoming photons, and has many applications. Generating or interfering identical photons is used for qbit generation and transfer. Also in Quantum Key Distribution is capital as it can help detect tampering in the communication. For Bell state measurements is also used, to compare incoming photons at a BS and then check quantum mechanics. Interference of three photons Performing an experiment of photon interference is hard. There are many parameters to control. For the photons to be identical they must have the same frequency, width, time, phase, ... Also, there might be contributions to the interference from unwanted events, such as multi-photon pulses, or dark counts coming from stay photons or from false detections from the detectors, or detectors might just not detect an incoming photon. Experiments usually send pulses from an attenuated laser (with the drawback that some of the pulses will be empty, and some pulses will contain more than one photon). Another way to obtain single photons is through SPDC (spontaneous parametric downconversion), where a high power laser beam is directed to a photonic crystal (PC). The interaction of photons at the PC will make that some photons (very few, about one in a trillion) will be transformed into two photons (conserving energy). These two outgoing photons will be entangled and experimentalists will use them in their experiment. But obtaining three entangled photons needs a different setup. One of these two entangled photons needs to be sent to a new PC to generate a third entangled photon. This is how one of the groups generated their three entangled photons. Once you have the three identical photons you need to make them interfere at a BS (be it crystal of fiber based) and detect how many photons you have in each output port each time. In this threesome interference there is a parameter, the triad phase, that is zero in one and two photon interference, that has been used to verify the three photon interference. These experiments show that photon interference can be scaled to more than just two photons, which has many practical applications in quantum information science. Sascha Agne, Thomas Kauten, Jeongwan Jin, Evan Meyer-Scott, Jeff Z. Salvail, Deny R. Hamel, Kevin J. Resch, Gregor Weihs, and Thomas Jennewein. Phys. Rev. Lett. 118, 153602, 2017. Adrian J. Menssen, Alex E. Jones, Benjamin J. Metcalf, Malte C. Tichy, Stefanie Barz, W. Steven Kolthammer, and Ian A. Walmsley. Phys. Rev. Lett. 118, 153603, 2017 Jian-Wei Pan, Zeng-Bing Chen, Chao-Yang Lu, Harald Weinfurter, Anton Zeilinger, and Marek Zukowski, Multiphoton entanglement and interferometry. Rev. Mod. Phys. 84, 2, 777-838 (2012). Raj B. Patel, Anthony J. Bennett, Ian Farrer, Christine A. Nicoll, David A. Ritchie, and Andrew J. Shields, Two-photon interference of the emission from electrically tunable remote quantum dots. Nature Photonics. 4, 2, 632-635 (2010). C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel, Measurement of Subpicosecond Time Intervals between Two Photons by Interference. Phys. Rev. Lett. 59, 18, 2044-2046 (1987). L. C. Comandar, M. Lucamarini, B. Fro ̈hlich, J. F. Dynes, Z. L. Yuan, and A. J. Shields, Near perfect mode overlap between independently seeded, gain-switched lasers. Opt. Express 24, 16, 17849-17859 (2016). |
Andrés AragonesesPhysicist, working in quantum optics and nonlinear dynamics in optical systems. Loves to communicate science. Archives
January 2018
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