¿Alguien puede explicar qué significa WE Lamb en su artículo, "Anti-Photon"?

¿Alguien puede explicar qué quiere decir WE Lamb en su artículo, Anti-Photon , cuando habla de los fotones como una forma terrible y pobre de describir la luz? El resumen dice,

Debe quedar claro por el título de este artículo que al autor no le gusta el uso de la palabra "fotón", que data de 1926. En su opinión, no existe tal cosa como un fotón. Solo una comedia de errores y accidentes históricos llevó a su popularidad entre los físicos y científicos ópticos. Admito que la palabra es corta y conveniente. Su uso también crea hábito. De manera similar, uno podría encontrar conveniente hablar de "éter" o "vacío" para representar el espacio vacío, incluso si tal cosa no existiera. Hay muy buenas palabras sustitutas para "fotón" (p. ej., "radiación" o "luz") y para "fotónica" (p. ej., "óptica" u "óptica cuántica"). Son posibles objeciones similares al uso de la palabra "fonón", que data de 1932. Objetos como electrones, los neutrinos de masa en reposo finita, o los átomos de helio, pueden, en condiciones adecuadas, ser considerados partículas, ya que sus teorías tienen entonces límites no relativistas y no cuánticos viables. Este artículo describe las principales características de la teoría cuántica de la radiación e indica cómo se pueden utilizar para tratar problemas de óptica cuántica.

Cita: Lamb, "Anti-Photon", Appl. física B 60 , 77-84 (1995); enlace pdf

Entiendo su afirmación de que la luz no consiste en una "partícula" en el sentido moderno de la palabra, pero mi pregunta es ¿por qué cree que es una mala descripción? El documento continúa explicando las ideas básicas de QED, pero no veo puntos en su documento que respalden su argumento.

Si parece que me estoy perdiendo el punto que él hace, ¿podría alguien indicármelo? Además, hace la afirmación: "Lea el artículo de Fermi, o siga pensando para siempre que los fotones existen", ¿alguien podría vincularme al artículo específico?: (16. E. Fermi, L. Marshall: Phys. Rev. 72, 1139 (1947)) de la que está hablando? (¿O al menos indicarme dónde podría encontrarlo?)

Creo que esta es una pregunta razonable (+1), pero podría ser útil dar una cita clave o dos del documento en el texto de la pregunta aquí para que uno pueda tener una idea de cuál es la pregunta antes de hacer clic en el enlace.
En este artículo, analiza el campo de radiación y encuentra estos modos normales (como osciladores armónicos) con energías discretas. Sin embargo, afirma que estos modelos normales "no están localizados de manera significativa y no se comportan en absoluto como partículas". Los conteos en los fotodetectores pueden explicarse simplemente por la descripción cuántica de los campos. Siento que agrega las condiciones de que algo se llama partícula si está localizado en el espacio por un tiempo corto dado, lo cual no es el caso.
@JanBos Gracias, supongo que no pude darme cuenta de eso.
@march No podría estar más de acuerdo. Además de describir sus objeciones a llamar a estas partículas cuánticas de campo EM, ofrece una de las mejores historias cortas de física que he visto. Claramente escrito por un maestro en el campo.

Respuestas (2)

Este artículo trata sobre la forma en que comunicamos la naturaleza cuántica de la luz, tanto en la literatura de investigación como en la educación. En última instancia, nuestras teorías físicas fundamentales se formulan en términos de matemáticas bastante rigurosas; al estudiar la naturaleza cuántica de la luz, estas serán las matemáticas de QED. Algunos conceptos como operador y lagrangiano son fundamentales para la teoría y se relacionan directamente con la descripción matemática. Otros conceptos como rayo láser y átomo no corresponden con precisión a la descripción matemática, pero son útiles en la práctica para:

  1. Aplicar la teoría a los fenómenos vistos en el laboratorio.
  2. Vincular la teoría con otras teorías para comparar predicciones
  3. Propósitos educativos

En este artículo, Lamb argumenta que el concepto de fotón no es fundamental para la descripción matemática ni una abstracción práctica útil. Estos son algunos de los argumentos que utiliza:

  • Los textos de divulgación científica a menudo hacen un mal uso del término 'fotón'

En una colección de Scientific American "Láseres y luz" de 1969, G. Feinberg [20] afirmó que "Lo que hace el láser es producir un gran número de partículas de exactamente la misma energía y longitud de onda. Sin otra partícula estable que el fotón es tal una hazaña posible. Las notables propiedades macroscópicas del rayo láser surgen de que sus partículas constituyentes son exactamente idénticas. Si el láser podría haberse inventado sin la mecánica cuántica es una pregunta interesante".

  • Algunos libros de texto sobre física láser apenas mencionan el fotón.

M. Sargent, MO Scully y WE Lamb [25] (primera edición, 1974; tercera edición, 1976; "Teoría del láser", muy pocos fotones)

  • Muchos fenómenos físicos se describen mejor en términos de modos y osciladores armónicos cuánticos (secciones 4, 5 y 6 del artículo)

Nota : solo estoy resumiendo los argumentos expresados ​​en el documento; personalmente no encuentro ninguno de los dos muy convincente

Sus argumentos son realmente muy convincentes. Para explicar el efecto fotoeléctrico no es necesario introducir el fotón como partícula. En realidad, para el efecto fotoeléctrico en un gas, la explicación de las partículas ni siquiera funciona. Para los experimentos de doble rendija, el fotón como partícula solo crea confusión. QFT (regla de oro de Fermi) puede explicarlo muy bien como la forma en que los fotodetectores interactúan con el campo. Básicamente, el fotón como partícula está prácticamente desacreditado.
@JanBos pero además de tener masa y carga cero, no difiere mucho de, por ejemplo, una partícula alfa. Asi es 4 H mi + + también desacreditado como una partícula?
@Ruslan Si los mira en escalas muy pequeñas y altas energías, solo pueden describirse mediante ondas cuantificadas (por ejemplo, necesita los campos de gluones, etc. para describir sus nucleones). Sin embargo, en contraste con el fotón en escalas macroscópicas, se podría hablar de ellos como cuerpos localizados que se mueven a velocidades finitas y la noción de partícula tiene más sentido.
@JanBos No lo encuentro demasiado convincente. Su razonamiento es que necesitamos encontrar los modos normales primero. Entonces, ¿qué pasa si pongo una lente/espejo (énfasis en poner) en la 'trayectoria' de un fotón? Ni siquiera tiene sentido en su descripción de cómo lidiar con el campo. También creo que sin la palabra fotón a nadie se le habría ocurrido QC (ya sea algo bueno o malo)

Tenga en cuenta que una partícula alfa (y un electrón) pueden acelerarse, pueden existir con o sin movimiento. Un fotón es el cuanto de luz más pequeño que interactuará con la materia; un fotón es radiación electromagnética con energía de una frecuencia constante de Plank. Un fotón no puede acelerarse, no existe sin movimiento, no tiene todas las propiedades de una partícula.

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