¿Es un solo fotón perfectamente monocromático?

Ahora, tenemos equipos para generar un solo fotón a la vez, y los LÁSER son casi monocromáticos.

Mientras escribo la pregunta, me doy cuenta de que los fotones sucesivos en el caso de la generación de un solo fotón pueden tener longitudes de onda ligeramente diferentes, pero ¿son sus fotones individuales esencialmente monocromáticos? Porque podemos ser capaces de usar los fenómenos para hacer láseres altamente coherentes.

¿Estás preguntando si un fotón es una longitud de onda? Si es así, sí. Pero eso no hace que la última oración sea cierta.

Respuestas (2)

Cualquier medición de la energía del fotón (es decir, frecuencia o longitud de onda en el espacio libre, aunque hacer una identificación directa de las propiedades de las partículas con las propiedades de las ondas es un poco imprecisa) devolverá un valor único. Cada vez.

Pero... no puedes engañar a Heisenberg y si has confinado la posición de los fotones ---digamos insistiendo en que golpeen el detector---entonces

  1. No se puede predecir exactamente lo que devolverá la medición
  2. Las mediciones de muchos fotones de una sola fuente mostrarán un ancho distinto de cero
La relación de incertidumbre correspondiente a la posición-momento es energía-tiempo. Si mide la longitud de onda (energía) perfectamente, no debe tener información sobre cuándo la midió.

Sí, pero no realmente.

Un solo fotón tiene un solo valor para su longitud de onda relacionada, por lo que es perfectamente monocromático, en un sentido formal .

Pero, en un sentido físico , el concepto de espectro (como: monocromático) básicamente no se aplica a un solo fotón.

En la práctica, no tiene estos "fotones individuales, con alguna longitud de onda específica" para trabajar activamente, como se implica en la pregunta, eso significaría ignorar a Heisenberg.
Pero puede medir que tenía uno, incluso con una longitud de onda específica.

Ver también
Frecuencia y longitud de onda de los fotones
y
¿Puede un fotón exhibir múltiples frecuencias?
discutiendo que un fotón puede ser una superposición de múltiples estados de frecuencia, antes de medir, por supuesto.

Tu penúltima oración necesita un poco de nitidez, creo. Como dices, un solo fotón tiene una sola frecuencia y longitud de onda. Lo que podrías tener físicamente es un montón de modos espaciados muy de cerca. El fotón vivirá en uno de esos modos, pero es posible que no sepamos cuál. Aún así, cualquiera que sea el modo que se excite, tendrá una sola frecuencia y longitud de onda. Los fotones en sí mismos no tienen una dispersión de frecuencias.
@garyp ¿Más inocuo y correcto ahora, supongo? :)
@garyp si el fotón vive en uno de esos modos, pero no sabemos cuál, ¿no es un estado mixto entonces? Un fotón en estado puro puede estar en superposición de múltiples modos, pero en este caso no vive en uno de ellos.
Incluso si un fotón en un instante se encuentra en un solo modo, la frecuencia debe tener una dispersión independiente de nuestro conocimiento, porque de lo contrario podríamos decir que tiene un valor de frecuencia con una precisión infinita (independientemente de que podamos medirlo o no) que no es posible. Entonces, una sola longitud de onda en una sola más no debería ser el caso.
@harshfi6 Puede que estemos discutiendo sobre el lenguaje. Mi punto de vista proviene de lo que extraigo de los libros (Loudon y Mandel y Wolf). (Puedo tergiversarlos). Mi fotón: una sola excitación de un estado propio de energía / estado propio de número. Tiene una sola frecuencia, número de ocupación bien definido y fase completamente indeterminada. Cualquier otra cosa es un estado del campo, pero no un fotón. Tenga en cuenta que los estados son degenerados. En el espacio libre, k → puede apuntar en cualquier dirección, o ser una superposición de las mismas, por lo que con los límites, el campo puede adoptar formas que no llenan el espacio (p. ej., cavidades).
@harshfi6 Un modo tiene una sola frecuencia bien definida. Un estado mixto describe un conjunto . Un estado puro puede ser una superposición de múltiples modos. Si la superposición es sobre vectores de onda de la misma frecuencia, entonces es un estado propio de energía y puede tener un número de ocupación bien definido. Llamaría fotones a las excitaciones de este estado . Si la superposición es sobre modos de diferente frecuencia, entonces no tenemos estados propios de energía y números de ocupación bien definidos. Yo no llamaría fotones a las excitaciones de este estado.
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