¿Los fotones realmente generan una ligera fuerza cinética?

Lo hacen: ver presión de radiación .

Los fotones tienen impulso, incluso en el electromagnetismo clásico, por lo que pueden aplicar fuerza a las partículas. En mecánica cuántica, la fuerza por fotón es$\hbar k$, dónde$\hbar = h/2\pi$es la constante de Plank reducida y$k=2\pi/\lambda$es el vector de onda. Esta fuerza aparece en muchas situaciones. Por ejemplo, en mis experimentos, el impulso de los fotones que se dispersan del átomo puede empujar e incluso enfriar los átomos. El efecto puede ser sustancial: los átomos de rubidio pueden ser acelerados por$10^4$EM${}^2$mediante la dispersión espontánea de la luz (una patada de impulso$\hbar k$en una masa$m$a un paso$\Gamma$da una aceleración$a = \Gamma \hbar k/m$, donde en este caso$m=1.4\times 10^{-25}$kg,$\Gamma = 19$MHz, y$k=8.1\times 10^6$/metro).

Por el contrario, el efecto de la dispersión de la luz en espejos masivos es mucho menor, pero se ha medido en experimentos sensibles. Este efecto es de suma importancia en la detección de ondas de gravedad, por ejemplo LIGO , donde el ligero cambio en la distancia entre dos espejos podría ser una señal de ondas de gravedad. La presión que ejerce la luz sobre los espejos debe entenderse y en algunas situaciones limita los experimentos.

Los fotones pueden ejercer fuerza sobre la materia, un fenómeno conocido como presión de radiación. Sin embargo, no es la energía cinética de un fotón lo que excita a los electrones atómicos hacia órbitas más altas. En cambio, el fotón tiene una cierta energía E = hv (donde v es la frecuencia), cuando un fotón con una energía correspondiente a la diferencia de energía entre una 'órbita' y otra es absorbida por el átomo, excitará ese electrón a un nivel superior. instantáneamente (una transición cuántica), una vez en este estado excitado, el átomo puede desexcitarse espontáneamente liberando un fotón con la misma energía y regresando una vez más al estado de menor energía. La transición instantánea se conoce como salto o salto cuántico y no puede ser explicada por la física clásica. El premio noble de física del año pasado se otorgó parcialmente por presenciar estos saltos cuánticos.