Si los fotones se consideran partículas, ¿cómo se asocia su energía con las características de la onda, como la frecuencia, la longitud de onda, etc.?

El problema con el uso del término ‘partícula’ es que todos piensan en partículas clásicas. Toda la rama llamada física de partículas NO se trata de partículas en este sentido.

Si los llamamos objetos cuánticos, esto soluciona el problema, pero las partículas cuánticas están bien porque deja en claro que no son partículas clásicas.

En QED, Feynman describe cómo los fotones son objetos cuánticos que no se parecen a nada que podamos experimentar directamente. No son partículas clásicas ni ondas, son otro tipo de entidad. (¡Definitivamente no son a veces olas y a veces partículas!)

EN QED, los fotones tienen una probabilidad de llegar a algún punto que puede calcularse asumiendo que el fotón intenta cada camino. El fotón tiene un vector giratorio, un fasor. Se agrega la suma de estos fasores de cada ruta posible. La longitud de este fasor resultante, cuando se eleva al cuadrado, da una indicación de la probabilidad.

Ahora las ondas se describen rutinariamente por fasores. Es esta similitud subyacente en las matemáticas por la que describió las ondas y los objetos cuánticos lo que da lugar a las similitudes y explica por qué inicialmente la gente pensaba que los fotones eran ondas y partículas (clásicas). Ahora sabemos que no son ninguno de estos y son objetos cuánticos que se comportan consistentemente en la misma mansión.

Para abordar la pregunta directamente: los fotones no son partículas (en el sentido que creo que quieres decir). La frecuencia de un fotón es la frecuencia de rotación de su fasor. No tiene una longitud de onda porque no es una onda. Podría considerar qué tan lejos viaja el fotón en el tiempo de una revolución del fasor; esto sería un equivalente de la ‘longitud de onda’.

Mi consejo es decir “así es como se comportan los objetos cuánticos”. Luego, deja de intentar interpretar en términos de cosas que tienes experiencia en el mundo macroscópico. Intentar comprender en términos de la experiencia cotidiana es inútil. Es un poco como saber que las estrellas de neutrones son densas y giran rápido. “¿Son las estrellas de neutrones como bolas de cañón giratorias?” “¿Es una estrella de neutrones como el volante de un motor de automóvil gigante?”

NO.

A medida que buscábamos una comprensión de cómo se compone la materia (como aparece en lo bruto) y cómo interactúa con diversas formas de energía y experimenta transformaciones; se llegó a las nociones de moléculas y átomos. Pronto quedó claro que los principios que rigen los fenómenos a esta pequeña escala no podían explicarse en términos de las explicaciones que habían funcionado tan bien a niveles generales.

Así surgió la formulación matemática de la mecánica cuántica, incluida la absorción y emisión de fotones por átomos / moléculas.

Uno de los principios de la estructura atómica es que hay ciertos estados de energía en los que la estructura es estable y el sistema transita a otro estado de energía emitiendo o absorbiendo un fotón cuya frecuencia está dada por el cambio de relación en la energía igual a h veces frecuencia; donde h es la constante de Planck.

Así, hablamos de la energía de un fotón en términos de su frecuencia. No es correcto usar términos realmente aplicables al mundo macro a los fenómenos atómicos, aunque parezca apropiado.

He escrito una respuesta que aborda este problema y algunos otros, aquí está:

La respuesta de Yugesh Naidu a ¿Podemos convertir partículas en ondas?

Espero que aclare sus dudas, de lo contrario, siéntase libre de hacer un comentario.

Gracias por preguntar.

Esto entra en la onda partícula dualidad de la luz,

La luz se compone de cuantos o paquetes de fotones que contienen energía específica, pero exhiben una propiedad interesante de que en algunos casos se comporta como una partícula (en emisión fotoeléctrica) y como una onda (en un experimento joven de doble rendija), por lo tanto es decir, la naturaleza de la luz, tenemos que aceptarla. En caso de emisión fotoeléctrica, un solo fotón puede emitir solo un electrón, por lo tanto, aquí un fotón se comporta como una onda, pero en el experimento de la hendidura, se producen diferentes patrones de interferencia que exhiben la propiedad de las ondas.

Debido a que cada partícula, incluso la materia existe en forma de onda, esta es la dualidad de la partícula de onda probada por el experimento de Young y Brogiles.