¿Cómo se comporta un solo fotón al propagarse a través del vidrio?

Cada fotón se puede describir como una onda hasta que se detecta. De hecho, la onda se dispersa en cada átomo o electrón del vidrio, desde donde se dispersa en todas las direcciones. Pero las porciones dispersas de la onda se suman de manera coherente y terminan volviendo a formar la onda original, una y otra vez hasta que la onda sale del vaso. El cuadrado de la onda representa una distribución de probabilidad. Aguas abajo, un detector puede detectar el fotón en un momento y lugar determinados. Pero si el experimento se realiza una y otra vez, el tiempo y la ubicación de detección del fotón variarán. Si mapea todas las ubicaciones y tiempos de detección, obtendrá una distribución de eventos de detección que es la misma que el mapa de intensidad de una onda de luz que contiene una gran cantidad de fotones.

Este principio se ha demostrado muchas veces de diferentes maneras y es uno de los fundamentos experimentales de la mecánica cuántica. Aquí hay un enlace divertido a una demostración: el experimento de un solo fotón de Young. Es una variación del interferómetro básico de doble rendija .

Si realiza una búsqueda en Google de "propagación de un solo fotón a través del vidrio", encontrará mucha discusión sobre el tema.

Un fotón es una partícula puntual mecánica cuántica en la tabla de partículas elementales, que interactúa principalmente electromagnéticamente.

Un haz de luz que pasa a través del vidrio es una superposición de trillones de fotones. El hecho de que las imágenes y los colores se retengan significa que los fotones individuales solo pueden dispersarse elásticamente con toda la "red" del vidrio (la red entre comillas porque el vidrio no está organizado tan bien como los cristales)

Es decir, el fotón interactúa con todo el cristal por el que pasa, como una dispersión elástica que retiene las fases con los otros millones de fotones para que las imágenes puedan transmitirse con una distorsión mínima. No es absorción y reemisión , es una función de onda mecánica cuántica específica que permite esto.

El experimento de fotón único de doble rendija puede dar una intuición:

La dispersión es "un solo fotón se dispersa en dos rendijas dada la anchura dada la distancia". A la izquierda, los fotones individuales parecen aleatorios. A la derecha, la acumulación crea el patrón de interferencia de luz clásico a partir de dos rendijas, es decir, la distribución de probabilidad de los fotones da el patrón de interferencia clásico.

¿Está familiarizado con el concepto de la mecánica cuántica de partículas que se encuentran en una superposición de muchos estados a la vez? Cuando un solo fotón viaja a través del vidrio, se encuentra en tal superposición. El fotón único comprende un haz completo de luz, que interactúa con muchos átomos simultáneamente mientras se propaga (según la teoría electromagnética clásica). Sólo si hay una "medida" (es decir, el fotón se absorbe en un estado que elimina la coherencia) la "función de onda colapsa" en un solo átomo. El fotón que se absorbe en un solo átomo enterrado en el vidrio proporcionaría una restricción en el camino que tomó el fotón para llegar allí. Un fotón no puede pensarse como una bola que zigzaguea entre átomos de vidrio, porque entonces podría tardar un tiempo arbitrariamente largo en llegar a su destino. Bastante, debe viajar a la velocidad de la luz (dividida por el índice de refracción), de punto a punto para minimizar el tiempo de viaje. No; es mejor no pensar en los fotones como bolas. Todo lo que hay es el campo electromagnético. Un fotón es simplemente la manifestación de un solo cuanto de energía, impulso y espín que se transmite de un lugar a otro.