Cuantización del campo electromagnético [cerrado]

Cada libro de óptica cuántica comienza con la cuantización del campo electromagnético. ¿Por qué? Mi entendimiento:

El campo eléctrico cuantificado consiste en fotones y ayuda a derivar algunas propiedades del fotón.

¿Es eso así?

Necesito una explicación clara.

La óptica cuántica se trata de las propiedades cuánticas del campo electromagnético, por lo que es natural que comiencen con lo básico.
Polémica obligada: Anti-Fotón .

Respuestas (3)

El campo eléctrico cuantificado consiste en fotones y ayuda a derivar algunas propiedades del fotón. ¿Es eso así?

No, es el campo electromagnético, la solución de onda clásica de las ecuaciones de Maxwell que se puede demostrar que consiste en fotones.

Los campos eléctricos y los campos magnéticos se pueden mostrar en la medida en que la teoría cuántica se conecta con fotones virtuales, pero uno tiene que aprender la teoría cuántica de campos para esto.

Vea este experimento simple de un fotón a la vez , donde la acumulación de fotones muestra el patrón de interferencia de la luz. Esto se puede demostrar matemáticamente, pero necesita una base de teoría cuántica de campos.

Cada libro de óptica cuántica comienza con la cuantización del campo electromagnético.

Debido a que la cuantificación es inherente a la discusión de "cuántica", la "óptica cuántica" tiene que ver con la cuantificación del campo electromagnético por definición del campo.

El campo electromagnético es uno de los sistemas QM. Los sistemas QM difieren de los clásicos en un principio de superposición y las formas de cálculo de probabilidades.

Me parece que tiene una ligera confusión con respecto al significado de "cuantificación del campo electromagnético" y "fotón". Permítanme tratar de explicar mi comprensión de estos conceptos. (Sé que la mayor parte de esto le resultará familiar, pero tal vez las cosas se aclaren cuando se expliquen).

1. Cuantización del campo electromagnético.

En términos generales, la cuantización significa interpretar un sistema físico (clásico) como uno físico cuántico. Para hacerlo, uno asocia cantidades observables del sistema con operadores hermitianos en algún espacio de Hilbert. En la teoría cuántica del campo electromagnético, estas cantidades son los campos eléctrico y magnético. Si se elige el calibre de Coulomb, se pueden expresar en términos del vector potencial, un solo campo. Este campo representa un continuo de observables, es decir, uno para cada punto del espacio. Para facilitar la cuantificación, la teoría está restringida a una caja cerrada, en la que el campo puede expandirse en un número contable de modos de campo. En una teoría clásica, se describe mediante un número contable de cantidades, a saber, las amplitudes de cada modo de campo. En la cuantificación del campo EM, estos números se promocionan a los operadores, produciendo operadores de creación y aniquilación. El estudio de estos operadores conduce a la noción de fotones.

2. Fotones

Al inspeccionar el hamiltonión del campo EM cuantificado, se ve que tiene la forma

H = ∑ j ℏ ω j ( a ^ j a ^ j † + 1 2 )
donde la suma va sobre todas las modas. Para encontrar los estados propios de energía, el problema de valores propios de los operadores a ^ j a ^ j † tiene que ser resuelto. Usando la relación de conmutación
[ a ^ j , a ^ j † ]
se puede demostrar que cada modo tiene los valores propios norte = 0 , 1 , 2 , … . El número correspondiente de estados propios | norte ∠ se interpretan como estados en los que están presentes n cuantos de energía en el modo de campo considerado, y un cuanto de energía en un modo de campo óptico se denomina "fotón".

Cuantización del campo electromagnético [cerrado]
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