Gli oscillatori meccanici operano in regime parametrico degenere quando la costante elastica è modulata al doppio della frequenza di risonanza dell'oscillatore. In tale regime, come in una altalena per bambini, la risposta dell'oscillatore ad una forzante esterna in risonanza viene amplificata proporzionalmente alla modulazione, e si può facilmente arrivare alla soglia di innesco di auto-oscillazioni (risonanza parametrica).
Più precisamente, la risposta viene amplificata se il movimento è in fase con la modulazione parametrica e ridotta se il movimento è sfasato di 90 gradi (quadratura ortogonale). Dato che questo fenomeno è attivo anche per forzanti stocastiche, la distribuzione delle fluttuazioni nel piano delle fasi viene deformata (squeezed), dato che la varianza aumenta per le fluttuazioni in fase e si riduce per quelle nella quadratura ortogonale. Tuttavia, poiché nel sistema partono auto-oscillazioni quando la modulazione parametrica avvicina alla soglia, la riduzione delle fluttuazioni nella quadratura ortogonale è limitata a -3 dB (fattore 0,5). Questa è una caratteristica generale dello squeezing parametrico che è già stata dimostrata per oscillatori termici, ed è prevista anche per il rumore quantistico.
In questo lavoro [Physical Review Letters 112, 023.601 (2014)], i ricercatori di IMEM e INO, in collaborazione con le Università di Firenze e Trento, propongono e applicano una configurazione sperimentale basata su un feedback parametrico che, stabilizzando la quadratura amplificata senza influenzare quella ortogonale, permette di superare il limite di -3 dB sulla riduzione del rumore, raggiungendo -7.4 dB. Nell'esperimento usiamo un micro-oscillatore come end-mirror di una cavità ottica, così che l'intensità della luce riflessa cambia proporzionalmente alla posizione dello specchio. La modulazione parametrica è applicata agendo sulla molla equivalente indotta dal fascio luminoso immagazzinato nella cavità, che si aggiunge alla molla meccanica e contribuisce a definire la rigidità complessiva del sistema. Con questo sistema è possibile osservare lo squeezing nel moto della quadratura ortogonale, e allo stesso tempo controllare in modo indipendente il movimento in fase amplificato ed evitare le auto-oscillazioni.
La tecnica è di particolare interesse perché funziona anche se utilizzata in un contesto quantistico, ed è quindi potenzialmente utilizzabile per operare su sistemi macroscopici vicino al loro stato quantico fondamentale. In conclusione, questa strategia di misurazione permette di incrementare le prestazioni di un effetto squeezing nonlineare noto fin dal XIX secolo, e ne estende estende il campo di applicazione alle frontiere della fisica moderna.
Immagini:
