Pantalla de hendidura y dualidad onda-partícula

En un experimento de doble rendija, se muestran patrones de interferencia cuando la luz pasa a través de las rendijas e ilumina la pantalla. Entonces, la pregunta es, si uno dispara un solo fotón, ¿la pantalla muestra un patrón de interferencia? ¿O la pantalla muestra solo una ubicación en la que se encuentra la partícula de un solo fotón?

Respuestas (4)

La respuesta es a ambas preguntas: sí, la pantalla muestra una ubicación para una partícula y sí, la imagen acumulada después de repetir el experimento muchas, muchas veces muestra el patrón de interferencia.

Hay un conjunto de bellas imágenes y un video del experimento de doble rendija en el modo de una partícula por tiempo que se puede encontrar aquí (el experimento es con electrones pero conceptualmente no hay diferencia).

También puede probar la discusión de Chad Orzel en scienceblogs.com/principles/2012/03/… , que enlaza con un nuevo artículo en Nature Nanotechnology que es OpenAccess en el momento de escribir este artículo. Sin embargo, no es un video.
Aquí encontrará una película experimental de la construcción de interferencia gradual con fotones individuales. Divulgación completa: trabajo en el grupo que hizo el experimento, y los autores son amigos míos.
@FrédéricGrosshans Hay otro punto de vista. La interacción entre los fotones y los electrones de la superficie de las rendijas se cuantifica y el resultado son franjas en la pantalla de observaciones.

Permítanme intentar una forma ligeramente diferente de responder a esta pregunta (muy usada).

El fotón no tiene una ubicación, o al menos no tiene una ubicación bien definida, hasta que interactúas con él y haces que se localice.

Cuando el fotón golpea el fotomultiplicador, o la placa fotográfica, o lo que sea que estés usando como pantalla, la interacción ocurre en un punto y eso localiza el fotón. Hasta entonces, no tiene sentido hablar de la posición del fotón. No quiero decir que el fotón tenga una posición pero no lo sabemos, quiero decir que el fotón simplemente no tiene una posición. Por eso no tiene sentido preguntar por qué rendija pasó el fotón. debido a que la posición del fotón está mal definida, ocupa todo el aparato experimental.

Entonces, un solo fotón sí pasa a través de ambas rendijas, pero luego interactúa con la pantalla en un punto. El punto de interacción con la pantalla es aleatorio, con la probabilidad de la posición dada por el cuadrado de la función de onda. Es por eso que con el tiempo el patrón creado por muchos fotones te da el patrón de interferencia.

John, como siempre, gracias por las claras respuestas que brindas. Como ejemplo, siguiendo el caso de un solo fotón, por ejemplo, en un experimento de doble rendija, la gente a menudo dice que el frente de onda (la onda de probabilidad) es lo que se está dividiendo, o simplemente dice la función de onda. Aunque no se trata de una onda física, ¿seguimos asumiendo la probabilidad de que el frente de onda viaje a la velocidad de la luz?
Tendría que definir lo que quiere decir con frente de onda de probabilidad . La velocidad de grupo del paquete de ondas que representa al fotón viaja a la velocidad de la luz. La función de onda no está restringida por la velocidad de la luz y puede cambiar en el tiempo arbitrariamente rápido.
Gracias, tiene sentido. ¿Puedo usar un ejemplo? Creo que ayudará a aclarar lo que estoy tratando de entender: en el experimento de Michelson, si solo tenemos un fotón, después del divisor de haz, su función de onda se divide en dos componentes (no el fotón en sí), representado por un estado de superposición. Luego, por analogía con las ondas físicas (por ejemplo, EM), decimos que el reflejo de estos componentes en los dos espejos interfiere, y si las longitudes de los caminos (que conducen a cada espejo después del divisor de haz) son diferentes, ...
la interferencia será a su vez diferente. Entonces, en cierto sentido, implica que las ondas de probabilidad del fotón único no podrían haber tenido una velocidad infinita, ya que, de lo contrario, las longitudes de las trayectorias se habrían vuelto irrelevantes para la interferencia observada en el detector. Pero se sabe que la geometría del setup modifica el efecto de interferencia, y no me convenzo... :(
Mi opinión actual es que: la velocidad de propagación de la función de onda de un sistema cuántico (que no es una onda física), depende del propio sistema físico (por ejemplo, si es un fotón, entonces está limitado por la velocidad de la luz).

No sabemos si la fuente de luz dispara fotones o no. Sabemos que si apagamos la fuente de luz, el patrón de interferencia desaparece, y que si bajamos la intensidad de la luz lo suficiente, eventualmente comenzaremos a ver eventos individuales, si tenemos el tipo correcto de aparato de medición. Nuevamente, si apagamos la energía, esos eventos individuales se detienen (excepto por la "tasa oscura" que es característica del detector), por lo que definitivamente es la fuente de luz la que está causando los eventos individuales, pero no sabemos qué sucede en entre.

Es posible explicar este tipo simple de experimento utilizando un modelo semiclásico en el que hay un campo electromagnético entre la fuente y el detector, y la corriente del detector se enciende y se apaga. Solo cuando consideramos experimentos más sofisticados, en particular en los que diseñamos las fuentes de luz para que dos o más eventos individuales estén estrechamente sincronizados en el tiempo, encontramos que ni los fotones ni el campo electromagnético funcionan muy bien .

En consecuencia, podríamos o no ser capaces de satisfacer la premisa de "si uno dispara un solo fotón, ...", lo que hace que no sea posible responder la pregunta con certeza con nuestra comprensión actual. No obstante, voté a favor de Slaviks Answer, porque eso es lo que se suele decir.

Después de 2006, no existe dualidad filosófica, solo malas imágenes.

Como dice @Slaviks, "la respuesta es sí a ambas preguntas", pero me gusta la interpretación moderna y experimental (!) Y. Couder. Ve por ti mismo (!),

Experimentos de Youtube Couder

La partícula cuántica TIENE una ubicación (contra @Rennie dice), no hay "dualidad filosófica", solo hay una limitación para elegir un buen modelo pictórico cuando está limitado por las opciones de imagen de "onda o partícula": Couder demuestra que una buena ¡Existe una imagen de un modelo de "objeto de onda/partícula intermediaria"!

Imagine un "objeto localizable" que no tiene un límite bien definido, pero tiene un límite de distancia bien definido (lambda) para interactuar con obstáculos (otros objetos).

Hay un artículo en línea sobre el experimento .