En un experimento de doble rendija, ¿todos y cada uno de los fotones dejan un punto en la pantalla en el área brillante?

He leido esta pregunta:

¿Por qué el fotón incide en uno u otro lugar de la cinta?

donde PhysicsDave dice:

Todos los fotones que pasan a través de las rendijas dejan un punto en la pantalla, esto es cierto para intensidades de uno o múltiples fotones. La interferencia destructiva es una violación de la conservación de la energía, la QM explica mejor la interferencia destructiva, hay una baja probabilidad de que los fotones lleguen a las áreas oscuras y es por eso que las áreas oscuras son oscuras.

Ahora hay dos opiniones en este sitio:

  1. Cuando se dispara un solo fotón, pasa a través de ambas rendijas como una onda y las ondas parciales del fotón interfieren entre sí y crean una interferencia constructiva (área brillante) o destructiva (área oscura).

  2. Todos y cada uno de los disparos de fotones dejan un punto en la pantalla en las áreas brillantes, hay una baja probabilidad de que un fotón caiga en el área oscura.

Estos son dos significados diferentes. Uno dice que algunos fotones nunca llegan a la pantalla y nunca interactúan con la pantalla, por eso vemos áreas oscuras.

El otro dice que todos y cada uno de los disparos de fotones dejarán un punto en la pantalla en las áreas brillantes, y es solo que hay poca probabilidad de que los fotones lleguen a las áreas oscuras, es por eso que vemos áreas oscuras. .

Pregunta:

¿Cuál es la correcta? ¿Cada disparo de fotón deja un punto en la pantalla en el área brillante?

Siempre es posible que un fotón se refleje
Excepto en el límite idealizado de una rejilla de difracción, no hay una distinción nítida entre "área clara" y "área oscura"; hay una transición suave entre la luz y la oscuridad. Es más fácil de ver en un patrón de una sola rendija (y es por eso que generalmente mapeamos la ubicación de las franjas oscuras para los patrones de una sola rendija).
En el caso ideal (sin reflexión), todos los fotones interactuarán con la pantalla, ya que esto es requerido por la conservación de la energía y el momento. Sin embargo, la densidad de los puntos que interactúan será proporcional al cuadrado de la función de onda.
El primero no dice que algunos fotones nunca lleguen a la pantalla. El fotón no es un objeto parecido a una bala (parecido a una partícula). Mientras viaja, es la onda, y llega a las rendijas ya la pantalla como onda; pero luego hay una interacción con la pantalla que finalmente da como resultado una medición, y en ese proceso, el fotón se "manifesta" como un punto en una ubicación aleatoria (impredecible). Es solo que algunas ubicaciones son más probables que otras, y esto es una función de la forma de la onda, y esa distribución es predecible.
Ambas afirmaciones son correctas. (1) es la razón de (2). Acabas de entender mal lo que significa la frase "interferencia destructiva" para un fotón.

Respuestas (2)

El fotón es una entidad mecánica cuántica.

El número 1) no puede ser correcto, porque los experimentos con fotones individuales a la vez dan puntos individuales como huellas de fotones, no como regiones brillantes.

snglp

Grabación de una cámara de un solo fotón de fotones de una doble rendija iluminada por una luz láser muy débil. De izquierda a derecha: fotograma único, superposición de 200, 1'000 y 500'000 fotogramas.

Los fotones llegan uno a la vez a la izquierda, la interferencia aparece lentamente con las acumulaciones a la derecha, una distribución de probabilidad.

El problema de la condición de contorno "fotón + dos rendijas de ancho dado separadas por una distancia" define la función de onda del sistema, Ψ . El Ψ ∗ Ψ es la distribución de probabilidad para la acumulación de fotones.

Dependerá del experimento si cada fotón que sale de la fuente y golpea las dobles rendijas deja una huella, la eficiencia de la pantalla. Habrá errores experimentales. En principio todo fotón que pase por la doble rendija debería terminar en la pantalla.

El número 1 también se acerca peligrosamente al tratamiento. Ψ como algo fisico
Cada fotón que pasa por la doble rendija debería terminar en la pantalla. Tengo una comprensión muy básica de qm, pero ¿no podría el fotón atravesar la pantalla por completo?
@Mathemats Claro. O ser reflejado y golpear la parte posterior de la pared hendida. Esos son factores complicados que generalmente no consideramos en entornos simplificados como este experimento idealizado de doble rendija.
Tengo un problema con la terminología de los fotones que llegan. Son los campos electromagnéticos los que se propagan e interactúan con las cargas en la pantalla o los detectores. Con las reglas de oro de Fermi, existe la probabilidad de que un cuanto de luz o "fotón" sea aniquilado. El fotón no viaja.
@JanBos Puede tener la "imagen" que desee, pero en la física convencional, el fotón es una partícula puntual elemental en la tabla de partículas, tanto como el electrón y el neutrino, y esa es la forma en que se trata en teorías mecánicas cuánticas , QED. No como una onda electromagnética viajera, aunque se muestra matemáticamente que las ondas electromagnéticas clásicas emergen de una confluencia de fotones.
@anna v Mi problema es que con la noción de partícula, la gente siempre tendrá preguntas como por qué rendija viajó la partícula.
@JanBos, la respuesta correcta es: un punto dado en la pantalla proviene de un fotón que tenía la probabilidad de atravesar cualquiera de las rendijas. Debido a la naturaleza de las mediciones y la dinámica cuántica (una medición cambia la función de onda y, por lo tanto, las probabilidades), no es posible detectar para un punto dado por qué rendija pasó. Creo que es importante enfatizar que es la probabilidad de que es "agitando". Esto también es cierto para los electrones.

¿Cuál es la correcta?

Creo que ninguna de las dos opciones que presentaste es completamente correcta, pero creo que la verdadera respuesta contiene elementos de ambas opciones.

Sin entrar en la física real (es decir, las matemáticas):

  • La geometría del experimento (dos rendijas y la pantalla) define una función de onda.
  • Cualquier fotón que atraviese las rendijas dejará como máximo una marca en el detector, pero es probable que el detector sea menos del 100% eficiente, y algunos fotones pueden no dejar una marca.
  • Considerando solo aquellos fotones que dejan una marca, la función de onda predice la distribución espacial de las marcas que dejan.

Editar: ¡Ups! Olvidé decir, "... y la longitud de onda de la luz". No puedes conocer la función de onda si no conoces la longitud de onda de los fotones que estás enviando.

En un experimento de doble rendija, ¿todos y cada uno de los fotones dejan un punto en la pantalla en el área brillante?
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