Radiación de Hawking análoga con fotones individuales

Clave: 12023 

Vigencia: 28/11/2023 a 27/11/2025 

Responsable: Dr. David Bermúdez Rosales 

Fuente de financiamiento: IF-UNAM, Fundación Marcos Moshinsky 

Resumen: En este proyecto se plantea diseñar, modelar y colaborar en la realización de experimentos sobre el análogo óptico de la radiación de Hawking en el régimen cuántico. El efecto Hawking es el efecto cuántico de la producción de partículas en los alrededores del horizonte de eventos de un agujero negro astrofísico. El estudio de la teoría cuántica de campos en espacios curvos y de fenómenos descritos inicialmente en gravedad, pero usando otras interacciones, es conocido como gravedad análoga. Los análogos del proceso de Hawking de producción de pares de partículas han sido propuestos en distintos sistemas físicos accesibles al experimento. Uno de ellos considera pulsos de luz interactuando en una fibra óptica, el cual nos interesa en este proyecto. Hasta ahora, el análogo óptico solo se ha medido en el caso estimulado o clásico pero no en el espontáneo o cuántico.

Estamos proponiendo tres experimentos, cada uno de los cuales explora un aspecto distinto y novedoso de este sistema. Esto es posible ya que estamos planteando una forma novedosa de usar fotones individuales para estimular el efecto análogo de Hawking. Así, mantenemos las ventajas de los sistemas estimulados sin perder las características cuánticas del sistema: un ganar-ganar.

El proceso de generación de fotones individuales que usaremos es el mezclado de cuatro ondas espontáneo (SFWM), en el cual nuestro grupo de colaboradores del ICN-UNAM es líder mundial. Planeamos usar tales fotones individuales para generar el proceso de Hawking y estudiar el enredamiento resultante entre ellos. En tal caso, este sería el experimento más avanzado en análogos ópticos de gravedad.

El segundo experimento que se plantea es el de realizar la medición de la reacción inversa (backreaction) del análogo clásico de la radiación de Hawking en óptica. La reacción inversa en agujeros negros astrofísicos explica la forma en la cual el agujero negro pierde masa al emitir la radiación de Hawking. Previamente hemos desarrollado un planteamiento teórico para indagar en el origen dinámico de la radiación de Hawking en óptica. Con este planteamiento entendimos cuáles son los términos de la interacción no lineal que cumplen la conservación de la energía junto con los términos del proceso de Hawking. Este experimento se plantea realizarlo en colaboración con el grupo experimental del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel.

Finalmente, planteamos realizar otro experimento usando fotones individuales producidos con polarización contraria, el cual es un grado de libertad que típicamente no se considera, ya que normalmente todos los campos están copolarizados. Nuestra teoría indica que surgen efectos interesantes en el espectro de emisión de la radiación de Hawking usando fotones contrapolarizados. Creemos que este es un buen experimento para continuar con el primero descrito y sería realizado en colaboración con el ICN-UNAM.