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Limite Quantique Standard
par - 25 septembre 2007
Il existe deux sources de bruit liées à la nature quantique de la lumière dans une mesure interférométrique de position. Pour des intensités faibles du faisceau de mesure, c’est le bruit quantique de phase du faisceau qui limite la sensibilité. Son importance relative décroît avec l’intensité. Mais la sensibilité ne peut pas être augmentée indéfiniment : pour des puissances importantes, les fluctuations quantiques de la pression de radiation exercée par la lumière sur les miroirs les mettent en mouvement, et la sensibilité de la mesure se dégrade. La sensibilité ne peut donc être meilleure qu’une valeur appelée Limite Quantique Standard (LQS).
Prévue théoriquement dès les années 70 dans le cadre de la détection des ondes gravitationnelles et à l’origine des premiers travaux sur les états comprimés de la lumière, cette LQS n’a jamais été mise en évidence expérimentalement : les fluctuations quantiques de la pression de radiation n’ont en effet que peu d’influence sur un objet macroscopique tel qu’un miroir.
L’utilisation simultanée de miroirs déposés sur des résonateurs mécaniques de grand facteur de qualité et de cavités optiques de grande finesse insérées dans un cryostat à hélium liquide nous permet néanmoins d’envisager de la mettre prochainement en évidence.
Sensibilité d’une mesure de position en fonction de l’intensité moyenne incidente sur la cavité. La courbe est tracée pour un miroir en silice de dimensions standard, T=4K et une finesse optique de 300 000.
Dans notre expérience, la LQS se situe aux alentours de 10-21 m/rc(Hz) pour une fréquence d’analyse de 500 kHz. Nous devrions prochainement atteindre cette sensibilité dans notre expérience grâce à l’utilisation de miroirs de très grande qualité (faibles pertes, tenue au flux importante, facteurs de qualité mécanique élevés) et en insérant la cavité à miroir mobile dans un cryostat à hélium liquide.
Ce problème est également étudié théoriquement par l’équipe Fluctuations quantiques et relativité du laboratoire.
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