Wetenschapsforum

Hoe worden in een natuurkundig lab verstrengelde deeltjesparen geproduceerd?
 
En wat is het verschil met het produceren van een enkel deeltje?
 
Welke deeltjes kun je produceren?

Ik zou zeggen: elke reactie waarbij 2 deeltjes geproduceerd worden. Behoudswetten zorgen ervoor dat de deeltjes verstrengeld zijn.
De verstrengeling duurt totdat een van de deeltjes opnieuw een wisselwerking aangaat.

 
1- Door hun golfuncties ``flink`` te laten overlappen, of, in gewone mensentaal, door ze heel dicht bij elkaar te brengen.
2- Bij het verstrengelen zijn de deeltjes al geproduceerd, terwijl dit bij het produceren van een deeltje uiteraard niet het geval is.
3- Alle elementaire deeltjes (ik neem tenminste aan dat je het daarover hebt), mits er voldoende energie voor handen is. Een elek-
    tron is Natuurlijk veel makkelijker te produceren dan een op subatomaire schaal loeizwaar t-quark, via een foton (mits dat een   energie bezit die gelijk of groter is dan de energie (massa) van een elektron-positron paar) dat een virtueel elektron-positron paar een werkelijk paar laat worden. Het positron krijg je er ongevraagd op de koop toe bij, tegen een prijs die de helft (of meer: het ligt er maar net aan waar je je inkopen doet) van het de energie van een werkelijk paar bedraagt.
    Maar er zijn meerdere wegen die naar Rome leiden (ik geloof zelfs álle, hetgeen duidelijk onzin is; maar goed het is ook maar een
    uitdrukking), en er zijn meerdere wegen om deeltjes te produceren. Het hoeft niet altijd zo te gaan als de productie van een elektron met behulp van energierijke (gamma) fotonen. Zoek dát maar op! 
    Groetje, descheleschilder
        
P.S.
Ik heb te weinig tijd om de opmaak nog te verbeteren, maar wat ik wou schrijven staat er. Behalve dat ik naar aanleiding van een voor mijn bericht aangekomen bericht waarin wordt vermeldt dat de verstrengeling tussen twee deeltjes ophoudt als een van de twee deeltjes een nieuwe wisselwerking aangaat, nog even wil vermeden dat die verstrengeling dan niet verbroken wordt. Hoe zou een deeltje een miljoen lichtjaar van ons vandaan dan nog verstrengeld kunnen zijn met zijn partner hier, die heel veel nieuwe reacties (wisselwerkingen) met andere deeltjes aangaan?

DSS: Dus als je deeltjes extreem dicht bij elkaar brengt, raken ze verstrengeld?

Nee.

De meest populaire methode (voor verstrengelde fotonen) maakt gebruik van een BBO: een barium-boraat kristal, dat dubbelbrekend is.
 
 
De bovenste breking van een straal is anders gepolariseerd dan de onderste, maar de totale breking is nog steeds neutraal gepolariseerd (wegens behoudswetten). Het gevolg is dat op de kruispunten van beide brekingen, het ene kruispunt verticaal gepolariseerd is, en het andere horizontaal. Je kunt niet weten dewelke dewelke is, want dat is quantum-willekeurig. Maar beide zijn wel verstrengeld, omdat de totale polarisatie nul moet zijn!
 
 

 
Maar dus, in schema's van verstrengelingsexperimenten is de BBO de plaats waar het gebeurt. Zoals bijvoorbeeld deze:

"Als deeltjesparen gemaakt worden door het verval van andere deeltjes, natuurlijk of door een opgewekte botsing, dan mogen die deeltjesparen "verstrengeld" genoemd worden, in zoverre dat zulke paren noodzakelijkerwijs gekoppelde en tegenovergestelde eigenschappen zullen hebben, zoals de spin of de lading."  https://nl.wikipedia.org/wiki/Kwantumverstrengeling
 
Mijn vraag is nu hoe verstrengelde deeltjes door natuurlijk verval kunnen ontstaan?

De meest populaire methode (voor verstrengelde fotonen) maakt gebruik van een BBO: een barium-boraat kristal, dat dubbelbrekend is.

Dit kan niet juist zijn. Als een foton door een BBO kristal gaat moet deze kiezen afhankelijk van zijn polarisatie naar welke uitgang hij gaat. Als er 1 foton ingaat komt er ook 1 foton uit. Bij verstrengeling verwacht je 2 fotonen. Geen behoud van energie

spacebel schreef: Dit kan niet juist zijn. Als een foton door een BBO kristal gaat moet deze kiezen afhankelijk van zijn polarisatie naar welke uitgang hij gaat. Als er 1 foton ingaat komt er ook 1 foton uit. Bij verstrengeling verwacht je 2 fotonen. Geen behoud van energie

Als ik me niet vergis wordt het BBO 'gepompt', waardoor 1 foton gedupliceerd wordt in 2 fotonen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pumping

spacebel schreef: Geen behoud van energie

 
Is het niet zo dat beide geproduceerde fotonen de helft van de frequentie hebben van het invallende foton?

Als ik me niet vergis wordt het BBO 'gepompt', waardoor 1 foton gedupliceerd wordt in 2 fotonen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pumping

Laser pomping gaat uit van het in een hogere baan brengen van een elektron, die dan wil terugvallen naar de grondtoestand binnen een bepaalde tijd. Als binnen die bepaalde tijd er een foton langs komt (met de juiste frequentie) wordt deze terugvaltijd zeer vaak verkort en zal er een foton ontstaat in dezelfde richting als de langskomende foton. Zo werkt een laser. Het opmpen slaat op het in aangeslagen toestand brengen van zoveel mogelijk elektronen, de laserwerking bestaat uit het verzamelen van deze terugvallende elektronen naar fotonen.

Is het niet zo dat beide geproduceerde fotonen de helft van de frequentie hebben van het invallende foton?

Ja dat zou kunnen. Dit schijnt niet makkelijk te zijn en gebeurt niet in een BBO kristal. Ik heb een keer over een EPR experiment in Oosterijk (bij een technische universiteit) gelezen, waar ze dit voor elkaar kregen. Helaas kan ik dit experiment niet meer vinden op internet.

Uit het kristal komen twee bundels waarvan 1 bundel verticaal is gepolariseerd en de andere bundel horizontaal, beide bundels of stralen zijn in correlatie met elkaar maar niet verstrengeld. Er is alleen maar sprake van superpositie van de twee bundels op de kruispunten, omdat je op deze punten niet weet wat de polarisatie is (kan van straal 1 of van straal 2 komen). Alleen op deze kruispunten is er dus sprake van superpositie van beide polarisatie states en dus van verstrengelde deeltjesparen. De werking van het kristal berust op het SPDC principe (type 1 of 2) ofwel Spontaneous Parametric Down-Conversion. Googelen op SPDC en quantum entanglement.
 

317070 schreef: De meest populaire methode (voor verstrengelde fotonen) maakt gebruik van een BBO: een barium-boraat kristal, dat dubbelbrekend is.
 
 
De bovenste breking van een straal is anders gepolariseerd dan de onderste, maar de totale breking is nog steeds neutraal gepolariseerd (wegens behoudswetten). Het gevolg is dat op de kruispunten van beide brekingen, het ene kruispunt verticaal gepolariseerd is, en het andere horizontaal. Je kunt niet weten dewelke dewelke is, want dat is quantum-willekeurig. Maar beide zijn wel verstrengeld, omdat de totale polarisatie nul moet zijn!
 
 

 
Maar dus, in schema's van verstrengelingsexperimenten is de BBO de plaats waar het gebeurt. Zoals bijvoorbeeld deze:

Ja, SPDC is wat ik bedoel. Het volgt de energiebehoudswetten. Vandaar dat de twee fotonen in 1 op de 10¹² keren verstrengeld en de helft van de golflengte van het invallende foton zijn.   (maar dat weet ik niet zeker)

Uit het kristal komen twee bundels waarvan 1 bundel verticaal is gepolariseerd en de andere bundel horizontaal, beide bundels of stralen zijn in correlatie met elkaar maar niet verstrengeld. Er is alleen maar sprake van superpositie van de twee bundels op de kruispunten, omdat je op deze punten niet weet wat de polarisatie is (kan van straal 1 of van straal 2 komen). Alleen op deze kruispunten is er dus sprake van superpositie van beide polarisatie states en dus van verstrengelde deeltjesparen. De werking van het kristal berust op het SPDC principe (type 1 of 2) ofwel Spontaneous Parametric Down-Conversion. Googelen op SPDC en quantum entanglement.

Als ik het dus goed begrijp straal je in met UV en daarna selecteer je fotonen op de helft van de UV frequentie. Interessant, dit wist ik niet.

Het principe schema voor verstrengeling is niet ingewikkeld. 
   
Belangrijk is het uitlijnen van het optische systeem zoals de splitters voor het weghalen van de niet verstrengelde fotonen. Er zijn dan twee detectoren voor het verstrengelde fotonen paar. Deze fotonen worden alleen geteld als ze binnen een bepaalde tijd binnenkomen en er dus sprake is van een verstrengeld paar.