¿Cuál es la longitud de un fotón?

Un fotón no es una partícula puntual en el sentido clásico de la palabra (y tampoco lo es un electrón ni ninguna otra 'partícula' fundamental). Más bien, es una palabra conveniente para describir algunos aspectos del campo electromagnético. Se refiere a la presencia de energía en algún 'modo' particular del campo. Se puede pensar en un modo como una entidad extendida; tiene una frecuencia bien definida y en el espacio libre tiene una longitud de onda bien definida. Corresponde aproximadamente a una onda plana.

En el tipo de experimento de difracción/interferencia en la pregunta, el patrón observado en la pantalla es exactamente como lo predeciría la teoría de ondas clásica, excepto que aparece como un conjunto de puntos en lugar de completamente continuo. Sin embargo, dado que la pregunta se refiere al patrón (es decir, la distribución de la densidad de los puntos), podemos utilizar la teoría de ondas clásica para responder a la pregunta.

Los anillos en el patrón ocurren en ángulos desde el agujero de alfiler como lo indica la teoría de la difracción. Para una fuente monocromática (sin el efecto de corte propuesto en la pregunta), el primer mínimo está en un ángulo dado por

Si ahora 'cortamos' la transmisión a través del agujero de alfiler, como se propone en la pregunta, entonces la luz que emerge a través del interruptor ya no es monocromática. Ahora tiene una gama de frecuencias cuya difusión$\Delta \nu$es del orden de

Para responder a la pregunta general sobre "cuánto dura un fotón", la respuesta es que un fotón verdaderamente monocromático es infinitamente largo. Es decir, es una forma de referirse a un estado de excitación de un modo de longitud infinita y frecuencia perfectamente precisa. Para casos más realistas físicamente, la excitación del campo no es infinitamente larga; en este caso uno puede imaginar un pulso de luz de una duración finita. De manera más general, la longitud de coherencia es la cantidad importante.

Se llama longitud de coherencia. Depende de cómo se creó el fotón. Un fotón de un estado excitado de corta duración tiene una longitud de coherencia más corta que un fotón (de la misma longitud de onda) de un estado de larga duración.

Puede medirlo: la forma más fácil de visualizar esto es a través de un experimento de interferencia/difracción un poco diferente al que describe. Toma un interferómetro Michelson estándar con una fuente que no es láser y lo configura para mostrar un patrón de franjas. Ahora aumenta la longitud de uno de los brazos. Todavía verá franjas, según si las ondas que llegan están en fase o fuera de fase. Pero a medida que aumenta la longitud, el patrón se desvanece y finalmente desaparece, en el punto en que la onda que viaja por el camino más largo llega al detector tan tarde después de la onda que viaja por el camino más corto que las ondas de fotones no se superponen. La longitud adicional del camino cuando desaparece el patrón es la longitud del fotón.

Considera lo siguiente:

No existe tal cosa como un fotón de 1000 longitudes de onda de longitud, pero existe tal cosa como un átomo que emite 1000 fotones, estos se llaman cuantos y son fundamentales para la teoría fotónica/cuántica, cada uno es único y está destinado en su propio camino para ser eventualmente absorbido por otro átomo/átomos/moléculas. Un átomo tarda en emitir un fotón, por lo que un solo átomo no puede superponerse a los fotones, pero un láser con muchos átomos excitados puede tener un fotón "semilla" que crea una cascada de muchos fotones, estos fotones se separan espacialmente de acuerdo a cómo están los átomos. organizado.

Considere que su rueda tiene un agujero de alfiler en lugar de una ranura y consideremos que su rueda se detuvo pero los agujeros de alfiler están ligeramente desalineados, obviamente habrá atenuación, pero algunos pasarán a través de ambos agujeros, el resultado es solo otro patrón de difracción circular como en su imagen pero compensado de su original. Si promediamos esto sobre muchas revoluciones de la rueda, se queda con la distribución gaussiana (mancha). ¡Has destruido efectivamente el patrón de "interferencia" de una sola rendija! Su rueda es muy similar a lo que se ha intentado para el DSE, está tratando de determinar la información de la ruta ... que es solo otra forma de decir que está jugando con los fotones y alterando su ruta original.

Finalmente, si su rueda fuera realmente muy rápida, ¡NO podrá cambiar los fotones o romperlos o alterar su longitud de onda!, solo se comportarán mecánicamente cuánticamente o probabilísticamente ... algunos podrían pasar a velocidad V y incluso menos a 2V, pero ciertamente ninguno pasará a la velocidad c ... lo cual es imposible para su rueda de todos modos.

El tiempo y la energía en la mecánica cuántica son parámetros conjugados, vinculados por el Principio de Incertidumbre donde: (delta t) x (delta E) es mayor o igual a la Constante de Planck/4 Pi. Tengo entendido que... si tuviera una fuente de un fotón 'a la vez', la ubicación/coordenada de tiempo de ese fotón y su propiedad de energía estarían vinculados y limitados por el Principio de Incertidumbre anterior. Nunca puedes estar seguro de dónde está ese fotón, o la energía exacta que tiene. Entonces, tiendo a pensar en un fotón como una partícula puntual, pero con cada fotón en algún lugar 'Incierto' dentro de un 'paquete' de digamos delta t en 'longitud', y con una energía de amplitud de digamos delta E en los 3 espacios dimensiones. Un fotón iluminaría un solo punto en la pantalla. A medida que aumenta el número de fotones enviados, El Principio de Incertidumbre nos dice que golpean diferentes lugares (coordenadas) con diferentes energías (propiedades). Lo que vemos entonces es un patrón de onda de franjas claras y oscuras. En realidad, esto muestra una onda de probabilidad de dónde es más probable que terminen o no los fotones. Este es el significado de 'dualidad onda-partícula', para fotones, o incluso para partículas tales como electrones en un tubo de difracción de electrones donde esta dualidad puede demostrarse fácilmente. El patrón de onda y la intensidad/energía de las franjas, disminuyendo desde el centro hacia el exterior, se describe matemáticamente mediante la ecuación diferencial de segundo orden de Schroedinger. Espero que esto sea útil. En realidad, esto muestra una onda de probabilidad de dónde es más probable que terminen o no los fotones. Este es el significado de 'dualidad onda-partícula', para fotones, o incluso para partículas tales como electrones en un tubo de difracción de electrones donde esta dualidad puede demostrarse fácilmente. El patrón de onda y la intensidad/energía de las franjas, disminuyendo desde el centro hacia el exterior, se describe matemáticamente mediante la ecuación diferencial de segundo orden de Schroedinger. Espero que esto sea útil. En realidad, esto muestra una onda de probabilidad de dónde es más probable que terminen o no los fotones. Este es el significado de 'dualidad onda-partícula', para fotones, o incluso para partículas tales como electrones en un tubo de difracción de electrones donde esta dualidad puede demostrarse fácilmente. El patrón de onda y la intensidad/energía de las franjas, disminuyendo desde el centro hacia el exterior, se describe matemáticamente mediante la ecuación diferencial de segundo orden de Schroedinger. Espero que esto sea útil. matemáticamente se describe mediante la ecuación diferencial de segundo orden de Schroedinger. Espero que esto sea útil. matemáticamente se describe mediante la ecuación diferencial de segundo orden de Schroedinger. Espero que esto sea útil.

A menudo, como en algunas respuestas aquí, los términos fotón y onda electromagnética se usan como sinónimos. Sin embargo, significan cosas muy diferentes. Una onda em tiene longitud de onda, frecuencia y coherencia, longitud y tiempo. Un fotón solo tiene energía, impulso y espín. Es una partícula puntual adimensional hasta donde sabemos. La onda describe la probabilidad de encontrar fotones con la energía, el impulso y el espín dados en un lugar y tiempo determinados. Es similar a una función de onda de electrones en este sentido.

En su experimento mental, la transmisión no solo depende de la posición, como en la rendija tradicional, sino también del tiempo. Clásicamente, esto significa que su onda monocromática original está modulada en amplitud y ahora consta de una banda de frecuencias. En términos de fotones, observará una distribución de energías de fotones, cada uno siguiendo su propia distribución de probabilidad o patrón de difracción. Sin embargo, en la práctica tales efectos no son observables ya que el corte mecánico no se puede realizar en frecuencias ópticamente relevantes. Simplemente observará el mismo patrón de interferencia que sin cortar, pero picado.

Podemos determinar la duración del fotón dado:

1. flujo de energía solar de 1370$W / m^{2}$
2. flujo de fotones de luz solar de$10^{18} / m^{2}$

vatios$\left( J/s \right)$por fotón de luz solar$= 1.37 \cdot 10^{15}$

Energía del fotón de luz verde (punto medio del espectro de luz solar, energía promedio)$= 4.3 \cdot 10^{-19} J \left( h \cdot f \right)$

Divida la energía del fotón por el poder del fotón para determinar la duración del tiempo por fotón$\left( J / W \right) = 3.13 \cdot 10^{-4} s$.

Multiplique el tiempo encontrado arriba por$c$para obtener longitud: 93,837.4$m$por fotón.

Esto se aplica a todos los fotones, no solo a la luz visible, ya que$h$es en$J s/cyc$

Además, dividir$h$en este momento nos da la energía por ciclo de desplazamiento de campo