¿Qué pasaría con un solo fotón que atraviesa un prisma?

Respuesta corta: no funciona de esa manera. Los fotones no son como bolitas.

Respuesta larga: el problema comienza con el concepto de un fotón. En física, los fotones son (generalmente) conceptos matemáticos que permiten cálculos fáciles de efectos cuánticos en ondas electromagnéticas. Tienen algunas propiedades bastante extrañas que los hacen bastante inadecuados para discutir experimentos como el tuyo. Por un lado, tienen estrictamente una sola frecuencia. Ahora, eso desafortunadamente significa que están infinitamente extendidos, en el tiempo y el espacio, lo que hace que sea bastante incómodo discutir conceptos como ‘golpear algo’ o ‘pasar’, lo que requiere cierta dependencia del tiempo.

Afortunadamente, no todo está perdido, ya que uno puede (matemáticamente) agregar un (infinito, pero ignoremos ese número) de esos fotones para obtener un ‘pulso de luz’ o paquete de ondas localizado (en tiempo y espacio). La localización también significa que dicho paquete de ondas contiene diferentes frecuencias (localización en el tiempo) y diferentes direcciones de propagación (localización transversal). Por cierto, la razón por la que no existen rayos de luz perfectamente paralelos.

Entonces, si uno de esos paquetes de ondas golpea un elemento dispersivo, como su prisma, las diferentes frecuencias se dispersarán, tanto en el tiempo (el paquete se hace más largo) como en el espacio (el pulso se desenfoca). Que es probablemente lo que habrías esperado del electromagnetismo clásico.

Si renuncia al requisito de localización de tiempo, todos los fotones en su paquete de ondas tienen la misma frecuencia: su experimento describe más o menos un rayo láser que atraviesa un prisma. Se desvía.

Una sola longitud de onda de luz no se extiende por un prisma, solo se refracta.

La difusión de la luz en un prisma es la dispersión cromática. Ocurre porque el índice de refracción del vidrio es diferente en diferentes longitudes de onda.

Ahora, por qué ocurre la dispersión cromática es un tema más interesante que lo que le sucede a la luz monocromática a través de un prisma.

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