Sequência de campos separados π/2 — τ — π/2 com dessintonia Δ e coerência T₂. Probabilidade P(|1⟩) = ½(1 − cosΔτ · e^{−τ/T₂}): período das franjas 2π/Δ, envoltória exponencial T₂ — a base dos relógios atômicos.
Sobre o modelo
As franjas de Ramsey surgem numa sequência de campos oscilantes separados: pulso π/2 — evolução livre durante τ — pulso π/2, com dessintonia Δ e tempo de coerência T₂. A probabilidade de excitação é P(|1⟩) = ½(1 − cos(Δτ) e^{−τ/T₂}), o período das franjas é 2π/Δ e o contraste cai com a envoltória exponencial T₂. A animação na esfera de Bloch mostra cada etapa do interferômetro. O modelo é um átomo ideal de dois níveis no referencial rotativo: sem erros no tempo de subida dos pulsos, sem deslocamentos pela luz além de Δ e sem ruído de fase técnico além do T₂ fenomenológico. Ao varrer τ ou Δ aparece o quadro de franjas — a base dos relógios atômicos e da interferometria de Ramsey.
Para quem: Física atômica, óptica quântica e metrologia: interferometria de Ramsey e relógios atômicos.
Conceitos-chave
franjas de Ramsey
campos oscilantes separados
relógio atômico
dessintonia
coerência T₂
esfera de Bloch
Como funciona
Sequência de Ramsey: pulso π/2 — evolução livre durante τ — pulso π/2. Entre os pulsos o vetor de Bloch acumula a fase Δτ; a probabilidade de excitação é P(|1⟩) = ½(1 − cos(Δτ)·e^{−τ/T₂}). O período das franjas é 2π/Δ; o contraste cai com T₂. Na esfera de Bloch veem-se os dois pulsos e o intervalo escuro: o esquema do relógio atômico.
Perguntas frequentes
Por que as franjas oscilam com período 2π/Δ?
Na evolução livre o vetor de Bloch precessiona com a dessintonia Δ e acumula a fase Δτ entre os dois pulsos π/2. A população final depende de cos(Δτ), de modo que as franjas brilhantes vizinhas estão separadas por Δτ = 2π. Franjas mais estreitas a τ grande melhoram a resolução em frequência: a ideia do relógio.
O que limita até onde se pode alongar τ?
A coerência cai como e^{−τ/T₂}, de modo que o contraste das franjas se perde quando τ ≳ T₂. Alongar τ sem limite não serve se o átomo já se defasou; os relógios reais equilibram o tempo de interrogação com a decoerência e o tempo morto.
É a mesma coisa que um só pulso π longo?
Não. Uma só excitação ressonante dá oscilações de Rabi; o método de Ramsey usa dois pulsos curtos e um intervalo escuro no qual a fase se acumula com a excitação desligada. Essa separação torna as franjas muito sensíveis a um Δ pequeno: por isso os relógios preferem a sequência de Ramsey a uma excitação de Rabi contínua.