Experimento de interferencia de fotón único

Existe aquí la confusión básica, en mi opinión, de la identidad onda/partícula.

Cuando hablamos de fotones estamos en el régimen de la mecánica cuántica, se trata de una "partícula" elemental. Las comillas son necesarias porque no es una partícula como una bola de billar, y no es una onda como una onda acústica, ni siquiera una onda electromagnética clásica. Es una "entidad" matemáticamente descrita que, dependiendo del experimento, actuará como una bola de billar, es decir, un punto en un espacio de cuatro dimensiones pero con números cuánticos específicos (en el caso del espín del fotón, la polarización y la masa cero) o como una onda de probabilidad .

Onda de probabilidad en negrita para enfatizar que la energía de la entidad al aparecer como una onda no está distribuida, como la energía en ondas de sonido, en el espacio. La entidad aparecerá siempre con un (x,y,z,t) específico (dentro del principio de incertidumbre de Heisenberg ) pero la probabilidad de encontrarla allí mostrará las propiedades de las ondas, los patrones de interferencia. .

El experimento que está configurando no tiene la capacidad de detectar la naturaleza ondulatoria de la distribución de probabilidad del fotón. Si se hace en el vacío, la distancia no influirá en la eficacia de la detección. Tardará un poco más debido a la velocidad de la luz, pero el material del detector no hará ninguna diferencia: el fotón estará allí o no.

En el experimento de elección diferida, la descripción comete el mismo error. El fotón individual no toma ambos caminos. El patrón de interferencia aparece debido a la acumulación estadística de muchos fotones que luego muestran el aspecto de onda de probabilidad de la función de onda del fotón. Cada fotón individual toma un camino específico, pero la probabilidad de tomarlo se ve afectada por la configuración de la interferencia.

Este no es un experimento de interferencia (las rutas no se combinan). Es una configuración para medir la función de correlación de dos fotones (un experimento de Hanbury Brown-Twiss). Mide$g^{(2)}(t=L/c,t'=3L/c)$que es cero si el estado de entrada es un estado de un solo fotón.

Lo que sucede es que la "función de onda de fotón único" (WF) se propaga al divisor de haz y se divide en componentes allí, uno se transmite y el otro se refleja. En algún momento$L/c$, la función de onda transmitida llega al detector cercano y la función de onda se proyecta en el dispositivo. Luego, con una probabilidad particular (que es 1/2 para un divisor de haz balanceado), el detector hará clic. En este caso, la componente de onda reflejada desaparece (instantáneamente). Si el detector no hace clic, la "probabilidad total" se mueve hacia el componente de onda reflejada y un poco más tarde, en el momento$3L/c$, el otro detector hará clic. Entonces, la primera medición del detector cambia la función de onda (de manera similar al experimento de Einstein-Podolsky-Rosen, la diferencia es que la función de onda allí es una función de onda de dos partículas).

Clásicamente, si tuviera una fuente que enviara luz en todas las direcciones, en el doble de la distancia, la luz se extendería a cuatro veces el área. Así que la intensidad sería 1/4 tanto.

Para un solo fotón, el camino que sigue se ajusta a una onda de probabilidad. Existe la posibilidad de que llegue a su detector y la posibilidad de que se pierda. Cuanto mayor sea la distancia, más posibilidades hay de que no alcance el detector.

Si ambos detectores son lo suficientemente grandes como para que el fotón no se pierda, creo que debería tener la misma probabilidad de que el fotón se detecte en cualquiera de los detectores, independientemente de la distancia.

Recuerde que el divisor de haz ha sido calibrado. Si no daba la misma probabilidad con la misma distancia, entonces se ajustaba hasta que la daba.