¿Se pueden detectar los fotones sin ser absorbidos?

Estoy pensando en un detector que emita un pitido si pasa luz a través de él. ¿Es posible?

¿Podemos suponer que desea que el haz de luz no tenga ninguna interacción con la "puerta del sensor" y que esta "puerta" sea de cierto tamaño? Por "sin interacción", quiero decir que el haz pasa a través del sensor sin tocar nada. Y por "un cierto tamaño" me refiero a algo que podría usarse en casa o en cualquier electrodoméstico diario sin necesidad de maquinaria costosa. ¿Estoy en lo cierto?
Los fotones tienen atracción gravitacional, ¿verdad? ¿Eso responde a esta pregunta?
Bueno, es imposible interactuar con algo sin reaccionar con él. De lo contrario, violaría el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Respuestas (3)

De hecho, es posible, como lo demostró el grupo de Serge Haroche en 1999 utilizando la llamada interferometría cuántica de Ramsey sin demolición. La idea era observar la presencia o ausencia de un fotón en una cavidad observando su interacción con los átomos.

Este hermoso experimento se basa en gran medida en el comportamiento de la superposición cuántica de estados atómicos . Una explicación simplificada es que la presencia de un fotón en la cavidad da como resultado un cambio de fase relativo adicional en un término de la superposición de estados atómicos, y este cambio de fase adicional puede detectarse. Dado que todas las mediciones se realizan en estados atómicos en lugar de fotónicos, se puede inferir (y, por lo tanto, detectar) la presencia del fotón sin absorberlo realmente.

Nota al margen: este trabajo (entre otros) condujo al premio Nobel de física de 2012 .
Para obtener información adicional, consulte physics.aps.org/articles/v11/38
¿La detección cambia el estado del fotón? Supongo que debe. ¿Si es así, cómo? ¿Si no, porque no?
Esto es nuevo para mí. ¿Significa esto que podría insertar uno de estos detectores en un dispositivo de patrón de interferencia de dos rendijas y obtener información de "cuál rendija" sin destruir el patrón de interferencia?
@nielsnielsen No soy un experto en esta técnica, pero no creo que puedas usarla para lo que tienes en mente. El fotón está muy restringido en frecuencia por una cavidad y el tiempo de tránsito de los átomos de rubidio en la cavidad se ajusta exactamente a 1/2 ciclo Rabi. Hay una buena discusión no tan técnica del experimento en "El desafío cuántico" de G. Greenstein y AG Zajonc, donde se describe mejor la configuración. Más allá de las dificultades técnicas, no veo cómo podrías hacerlo y, si se pudiera, la gente inteligente de Haroche y otros ya lo habrían hecho.
@ZeroTheHero, gracias por la referencia- NN

Sí, según un artículo del grupo Rempe [ Science 342 , 1349 (2013) ], los fotones se pueden detectar después de la reflexión por un resonador óptico que contiene un átomo preparado en una superposición de dos estados. La reflexión del fotón da como resultado una cierta proyección del estado que puede probarse para detectar indirectamente el fotón incidente.

¿La reflexión no es técnicamente una absorción y emisión de un fotón de una manera particular?
@ToddWilcox En la medida en que eso sea cierto (distinto de cero, pero también con sutilezas no triviales), también lo es cualquier interacción con un medio dieléctrico como, por ejemplo, el aire (y puede dibujar una equivalencia muy sólida entre los dos). Si la física en esta respuesta cuenta como 'absorción' para usted, entonces la única situación en la que los fotones no se 'absorben' es cuando viajan a través del vacío. Ese es un punto de vista válido, pero destripa la mayor parte del contenido físico y está en contradicción bastante directa con nuestra comprensión intuitiva habitual del significado de la palabra.
@EmilioPisanty Para mí, la "comprensión intuitiva habitual" está en contradicción bastante directa con lo que realmente ocurre. Por ejemplo, la absorción/reemisión es la razón por la que "la luz viaja más despacio" en medios diferentes al vacío absoluto. Esto no es difícil, solo que a menudo se "olvida". Creo que es por eso que la pregunta es tan interesante e intentaré echar un vistazo a la referencia de ZeroTheHero.
@KnutGjerden Como dije, es una cuestión de punto de vista, por lo que ninguna vista es incorrecta, pero es importante tener en cuenta que las transiciones virtuales involucradas en la refracción y la reflexión no cambian el contenido del número de fotones del campo (es decir, norte ^ conmuta con la interacción hamiltoniana), mientras que los procesos normalmente clasificados como absorción sí cambian el número de fotones. Así que realmente no se puede culpar a las personas que reservan el término para este último con exclusión del primero.
@EmilioPisanty Parece que sería bueno que el autor de la pregunta aclare lo que considera absorción y no.
@Todd Como dije, si cuenta las transiciones virtuales como absorción y reemisión, la única forma en que un fotón puede evitar esta 'absorción' es propagarse en un vacío completo sin ninguna interacción. Eso significa que la respuesta sería trivialmente no, y la pregunta sería profundamente poco interesante. Entonces, creo que es bastante seguro aceptar respuestas con transiciones virtuales siempre que el número de fotones no cambie (aparte de la medida proyectiva requerida por QM).
@EmilioPisanty Veo tu punto. Bien formulado.
@ToddWilcox Al tomar una vista de partículas, podría dispersarse elásticamente, o absorberse y emitirse otra. Sin embargo, si el emitido es idéntico al absorbido, no hay forma de notar la diferencia.
@EmilioPisanty: Esta advertencia también se aplica a la otra respuesta, sobre la interferometría Ramsey cuántica sin demolición, ¿verdad? Solo observamos fotones cuando interactúan (y dado que no están cargados, interactúan directamente, es decir, absorción y emisión, y no intercambiando algo). Creo que esta observación no es del todo trivial, si te interesan las cuestiones fundacionales. Nos dice que nunca observamos fotones, solo vemos interacciones de fotones . No podemos decir lo que sucede entre dos interacciones.
@jdm Sí, la conversación sobre transiciones reales vs virtuales es igualmente aplicable a la respuesta de Zero.

Un fotón puede (en teoría) medirse como un ligero cambio de impulso en una vela solar , es decir, un espejo.

Sospecho que los votos negativos aquí se deben a que la conservación del impulso requiere que el fotón reemitido tenga una longitud de onda diferente a la del fotón incidente.
El llamado fotón que se refleja en una vela solar obviamente tendrá menos energía, conservación de energía y Maxwell lo demandará.
La no demolición y la integridad del fotón son incompatibles, ¡la conservación de la energía es sagrada!
¿Se pueden detectar los fotones sin ser absorbidos?
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