Tiempo que tarda un electrón o un átomo en absorber un fotón

Cuando un átomo o electrón absorbe un fotón, antes de la interacción tienes un electrón y un fotón (posiblemente virtual). Luego, tienes un electrón (o átomo) excitado. ¿Cuánto tiempo se tarda en hacer el cambio?

Según mi simple entendimiento, el cambio, cuando sucede, es instantáneo. Parecería que la conservación de la energía requiere que en un momento exacto el fotón desaparezca y el electrón/átomo pase a un estado de mayor energía. Esto no parece estar en el espíritu de las variables mecánicas cuánticas que generalmente se asocian con una incertidumbre.

¿Existe de hecho algún delta-t para la duración del evento?

Parece extraño que una noción tan clásica de la mecánica de una variable, el tiempo, se traslade a QM.

Buenas respuestas a esta pregunta podrían distinguir entre la absorción de un fotón proveniente de un campo EM en un estado Fock, del caso donde el campo EM está en un estado coherente. Los procesos no son del todo diferentes, pero distinguirlos podría ayudar a eliminar una creencia muy común de que el universo está lleno de fotones individuales que vuelan e interactúan con los átomos. Los estados de Fock existen, pero generalmente solo en un laboratorio. En la naturaleza, en su mayoría tenemos estados coherentes.
...continúa... La cuestión de la conservación de la energía hace que esta cuestión sea aún más complicada porque la noción del OP de que un fotón está allí o no es demasiado tosca para la mecánica cuántica. En cuántica, el fotón puede estar en una superposición de allí y no allí...

Respuestas (1)

Podría argumentarse que la cantidad de tiempo requerida para emitir un fotón es esencialmente igual a la "longitud de coherencia" del fotón. Configure un interferómetro, envíe fotones idénticos a través de él uno a la vez y descubra cuánta diferencia de longitud de trayectoria se requiere para evitar que los fotones formen un patrón de interferencia. El fotón se puede considerar como un paquete de ondas de esa longitud. Esa diferencia de longitud de camino es la longitud de coherencia de los fotones. El fotón se puede considerar como un paquete de ondas de esa longitud. No es inusual en estos días que un láser tenga varios metros de longitud de coherencia, lo que corresponde a diez o más nanosegundos de tiempo de viaje.

Realmente me gusta esta respuesta porque brinda una buena forma medible experimentalmente de acceder al tiempo de emisión. Sería bueno agregar algo sobre lo que afecta la longitud de coherencia, por ejemplo, el momento dipolar de la transición atómica, etc.
El problema con esta interpretación es que en el desarrollo convencional del campo EM cuantificado ("fotones") son monocromáticos. Un paquete de ondas no puede ser un fotón.
Un problema con la idea de que un fotón sea monocromático es que necesitaría estar asociado con un tren de ondas infinitamente largo para ser monocromático. No tendría que haber absolutamente ninguna incertidumbre en su frecuencia para que sea monocromático. ¡Eso no parece encajar con el espíritu de la mecánica cuántica!
¿ Cómo podría argumentarse esto? ¿Y qué quiere decir con la "longitud de coherencia del fotón"? Definir tal propiedad para un solo fotón no es obvio y tiene muchas sutilezas, es decir, simplemente está ocultando todas las dificultades para obtener un "tiempo de emisión" dentro de la palabra "longitud de coherencia". Consulte también physics.stackexchange.com/q/259116/50583 y sus preguntas vinculadas.
Por supuesto, la medición de un solo fotón no puede revelar mucho más que su energía, tiempo de llegada y polarización; y puede revelar esos valores solo dentro de los límites establecidos por la incertidumbre de QM. La única forma de inferir la distribución de probabilidad de esos valores (a partir de la cual, a su vez, se puede inferir la longitud de coherencia) es realizar mediciones en un gran número de fotones generados de forma idéntica. El "período de tiempo" asociado con la emisión de un fotón, en el contexto de QM, solo sería medible estadísticamente.
Hay buenas razones para atribuir una forma de paquete de ondas a fotones individuales, por ejemplo: arxiv.org/pdf/0905.4583.pdf , lo que hace razonable pensar que la "longitud de coherencia de un fotón" tiene un significado físico.
Déjame hacer una pregunta más simple relacionada. En la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, si se mide el espín de un electrón que no está en un estado propio (ya sea como +1/2 o -1/2), entonces la función de onda colapsa hacia uno u otro. ¿El formalismo de la mecánica cuántica en esa interpretación especifica una duración de tiempo finito para que ocurra el colapso, o es instantáneo, o ese formalismo no aborda esa pregunta en particular o la define como sin sentido?
Soy escéptico ante cualquier afirmación de que algo es "instantáneo" cuando se trata de separación espacial o extensión espacial.
Tiempo que tarda un electrón o un átomo en absorber un fotón
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v