Frecuencia de un fotón [duplicado]

Dos formas de pensar en esto: en lugar de pensar en un fotón, piense en el campo electromagnético cuantificado . Este campo cuántico se extiende por todo el espacio y el tiempo y es todo electromagnético. Una forma elemental de pensarlo es como una colección de osciladores armónicos cuánticos, uno para cada uno de los modos clásicos de las ecuaciones de Maxwell.

Si ha estudiado el oscilador armónico cuántico, sabrá que tiene asociada una frecuencia. Esta frecuencia puede incluso medirse clásicamente si su estado cuántico es, por ejemplo, un estado coherente con un desplazamiento lo suficientemente grande desde el estado fundamental.

Así que tenemos nuestro campo electromagnético cuantizado e, intuitivamente, comprende pequeños "contenedores de energía" (los osciladores armónicos cuánticos), cada uno etiquetado con una frecuencia diferente, y cada uno con el potencial de tener su etiqueta de frecuencia única medida clásicamente si está en el estado correcto.

Un fotón es ahora un cuanto de energía solitario agregado a uno de estos osciladores. Estos osciladores se comunican con el mundo exterior, discretamente, a través de cuantos de energía de tamaño fijo, en interacciones. Son estas interacciones las que vemos cuando medimos los fenómenos electromagnéticos. Entonces, desde este punto de vista, la frecuencia del fotón no es tanto una frecuencia del fotón considerado solo, sino la frecuencia del oscilador armónico cuántico al que se agrega / retira.

Otra forma de ver esto es como una frecuencia de una onda de probabilidad. Marvn Scully y M. Suhail Zubiary en su libro "Quantum Optics" muestran que la densidad de probabilidad para encontrar un fotón ( es decir , detectarlo destructivamente con, por ejemplo , un tubo fotomultiplicador) cuando el campo electromagnético está en un estado de un fotón es la magnitud cuadrada de un cantidad vectorial que es una solución a las ecuaciones de Maxwell. Esta solución también puede tener una frecuencia asociada, como cualquier otra solución a las ecuaciones de Maxwell.

una partícula puede ser descrita por una función de onda. La frecuencia de la onda viene dada por la relación de de Broglie

Hay algunas formas de pensar, la peor es tratar de imaginar una partícula como una pequeña bola sólida que se comporta de alguna manera oscilatoria.

Las partículas se describen mediante la teoría cuántica de campos. Entonces, para una partícula, digamos un electrón, hay un campo cuántico correspondiente (campo de materia electrónica en este caso). La partícula del campo es un modo excitado del campo, por lo que puedes pensar en una partícula como una onda en este campo. Dependiendo de su conocimiento de las ondas, puede ser difícil entender cómo se localiza esta onda en algo así como un punto.

Entonces, tal vez la mejor manera de pensar en ello es experimentando. Considere una onda que incide sobre un obstáculo en proporción a su longitud de onda, como una rejilla de difracción. Detrás de la rejilla, las ondas interfieren y producen un patrón de difracción. Las partículas, adecuadamente preparadas, producirán patrones de interferencia y, a partir de estos patrones, se pueden inferir las propiedades de onda de la partícula.

Hay varias formas de medir la frecuencia de un fotón.

La forma más directa es "mezclar" el haz de fotones con otro de una frecuencia ligeramente diferente conocida con precisión. Esto produce señales cuyas frecuencias son la suma y la diferencia de los 2 haces. Si su frecuencia de mezcla está bien elegida, la diferencia será lo suficientemente baja como para ser directamente contabilizable en contadores electrónicos. Este sistema se utiliza en cámaras de radar de velocidad.

Puedes medir la frecuencia de una onda dejando que interfiera. Haga brillar los fotones a través de 2 rendijas estrechas y observe el patrón de áreas claras y oscuras en un detector detrás de las rendijas. Puede calcular la frecuencia a partir del patrón y la geometría de las rendijas. Esta página muestra cómo Thomas Young calculó por primera vez la frecuencia (en realidad, la longitud de onda) en 1803. Para convertir la longitud de onda en frecuencia, lo único que necesita es la velocidad de la onda. Esto funciona con cualquier otra partícula (electrón, protón, etc.) que se comporte como una onda.

Más información general se puede encontrar aquí