¿Qué longitud tiene un solo fotón?

Thx para A2A

Respuesta corta: ¡los fotones que los humanos pueden crear tienen longitudes que varían de 100 millones de kilómetros a una décima de nanómetro!

En teoría, un fotón podría variar, ¡oh, digamos una longitud de planck al tamaño del universo!

No me sorprende que ninguna de las respuestas hasta ahora se haya centrado en el principio de incertidumbre. La “longitud” de cualquier cosa cuántica, y un solo fotón es ciertamente una cosa cuántica, no se define de manera clásica sino más bien probabilística . [Esta es la razón por la cual Daniel Merthe está en lo correcto en su respuesta, aunque parece contradecir mi análisis, ¡ves que la probabilidad cuántica es todo lo que hay!]

Además, la incertidumbre en la ubicación y el momento están acoplados. Este acoplamiento conduce a respuestas muy diferentes según el caso en cuestión.

Específicamente, la respuesta depende del sistema de medición y el contexto. Te daré dos ejemplos extremos para ver cómo se desarrolla esto:

1) Considere un sistema de radar de espacio profundo con un tiempo de integración de 10 minutos, como en 216 Kleopatra.

Esto se imaginó usando fotones de longitud de onda de ~ 2 GHz usando pulsos de 10 minutos [el objeto estaba a ~ 100 millones de kilómetros de distancia].

Aquí la incertidumbre de momento de posición en un solo fotón de RF (suponiendo que pudiéramos medirlo) sería [matemática] \ sigma_x \ sigma_p \ geq \ frac {1} {4} 1.e-34 \ rightarrow \ sigma_x \ geq \ delta \ lambda (h / h) \ frac {1} {4 \ pi} = \ frac {\ delta \ lambda} {4 \ pi} \ aprox 1.e-11. [/ math]

Visto de otra manera con ~ 600s de integración, habremos viajado 180 millones de kilómetros y recorrido un trillón de ondas del fotón. Entonces, en este caso, la longitud del fotón es de casi 200 cientos de millones de kilómetros.

2) considere el Gran Colisionador de Hadrones.

Este chico malo genera fotones con niveles de energía de aproximadamente 1 microjulio. Esto a su vez corresponde a una longitud de onda (ver Energía de fotones) obtenida por

E = 1.e-33 f, o [matemáticas] \ lambda = 1.e-19m. [/ Matemáticas]

De manera conservadora, ver [1109.0683] Desarrollo de la ecuación de Schrodinger para la interacción del pulso láser de attosegundo con el gas Planck y la creación de pares Bethe-Heitler no lineales con pulsos láser de attosegundo en el LHC, podemos inferir que la resolución en el tiempo de 1.e-18 segundos ha sido obtenido en el LHC. Entonces, como mínimo conservador, podemos inferir que la longitud de onda se ha localizado a .1nm.

Vemos que en los aceleradores de haz de partículas se crean y localizan fotones del orden de los sub nanómetros.

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Como dice Dan, estoy “combinando la incertidumbre posicional de un objeto con el tamaño de un objeto”. Culpable como acusado! Dicho esto, la incertidumbre cuántica es un problema tan grande que me siento cómodo colocando la incertidumbre y la “longitud” en el mismo plano desde el punto de vista de la “importancia”, si nada más. En mi escritura trato de ser intrigante y provocativo, así como preciso. La retroalimentación siempre es bienvenida.

Se puede considerar que un fotón es un punto, sin dimensiones, en los casos en que interactúa con una partícula masiva como un electrón. O puede considerarse como una ola cuando está en tránsito. En este último caso, la onda representa la incertidumbre en la posición del fotón en un instante dado. La frecuencia y la longitud de onda de la onda están, por supuesto, determinadas por la energía o el momento (magnitud) del fotón, con precisiones que dependen de la incertidumbre en los valores de las últimas propiedades en un caso dado. La incertidumbre en la posición del fotón en un instante, suponiendo que conozcamos su dirección de propagación, puede depender de la precisión con la que conocemos la posición y el tiempo de emisión de algún proceso o dispositivo. Por ejemplo, podríamos observar la reacción de un dispositivo a la emisión de un fotón, con cierta precisión en el tiempo y la posición inferida para la emisión de fotones en función de las precisiones correspondientes de la información proporcionada por el dispositivo. La longitud de la onda de fotones se determina entonces por la incertidumbre de posición correspondiente del fotón. En principio, si la longitud de la onda de fotones fuera lo suficientemente corta, podría ser imposible usar un conjunto de tales fotones para exhibir el patrón de interferencia esperado en un experimento de dos rendijas, ya que la onda debe ser lo suficientemente larga como para acomodar la diferencia en longitudes de ruta desde el dispositivo de emisión a un punto en la pantalla de grabación para las dos rendijas. En el otro extremo, si el instante de emisión y la posición son poco conocidos, se podrían observar (y se han observado) efectos de interferencia para un interferómetro Mach-Zehnder donde se ha insertado una línea de retardo en una de las rutas. Entonces, en resumen, la longitud de un fotón representa su incertidumbre de posición en cada instante en que el fotón está en tránsito entre las interacciones. Esto es exactamente lo mismo que para una partícula masiva, como un electrón, etc. (He asumido aquí, en aras de la discusión, que los fotones realmente existen. He argumentado en otro lugar que los fotones no existen realmente y no son necesarios para las reacciones intermedias entre dos partículas masivas, ya que los dos eventos correspondientes están separados por un intervalo relativista que desaparece y, por lo tanto, puede considerarse simplemente como dos elementos de un solo evento de interacción directa entre las dos partículas masivas).

En mi opinión, la longitud de un fotón es la mitad de la longitud de onda. El tamaño de un fotón en su máximo es el doble de la longitud de la amplitud.

Creo que la descripción de un fotón es la totalidad de la onda sinusoidal (un ciclo completo pero no ambos al mismo tiempo). Un solo fotón oscila direcciones eléctricas y magnéticas durante un período de tiempo recurrente. Así que esa es la partícula.

Un solo fotón no es suficiente para determinar la fase de onda porque la fase es la relación de dos fotones. Esa imagen no es una fase ilustrativa. La tercera imagen a continuación es una ilustración de dos fotones en fase (polarización lineal, en su amplitud máxima).

Avíseme si puedo ayudarlo a comprender la modulación de frecuencia o la modulación de amplitud o la polarización de la señal o fuera de fase con la misma imagen ligeramente modificada. Es fácil.

Como E = hf yf = 1 / T; La gráfica de energía es una constante a lo largo del tiempo T = 1 / f

dado que c = una constante universal a; la gráfica de energía de tiempo de un solo fotón debe ser un pulso de altura constante E y duración fija T.

La transformada de Fourier indica la naturaleza oscilatoria de los fotones y su extensión finita.

Nota de Wiki que mientras la definición de la función de pulso solo esté motivada por la experiencia en el dominio del tiempo de la misma, no hay razón para creer que la interpretación oscilatoria (es decir, la función de transformación de Fourier) debe ser intuitiva o directamente entendida por los humanos . Sin embargo, algunos aspectos del resultado teórico pueden entenderse intuitivamente, la finitud en el dominio del tiempo corresponde a una respuesta de frecuencia infinita. (Viceversa, una transformación de Fourier finita corresponderá a una respuesta de dominio de tiempo infinito).

Un fotón es una cadena de urdimbres equidistantes. Las deformaciones son frentes de choque unidimensionales. Todos los Warps llevan un poco de energía estándar. Durante el viaje mantienen su forma y su amplitud. La duración de la emisión y la longitud espacial de todos los fotones son fijas. Los fotones obedecen la relación de Einstein-Planck E = hv. El portador de fotones no es el campo EM.

Junto con las abrazaderas, las urdimbres pertenecen a los objetos súper pequeños de la naturaleza. Las abrazaderas son frentes de choque esféricos. Se integran en la función de Green del campo portador. Todas las abrazaderas llevan un poco de masa estándar. Las partículas elementales están constituidas por enjambres coherentes de pinzas. Las deformaciones y las pinzas son soluciones de la ecuación de onda.

La respuesta tendrá más sentido para usted si ha estudiado las ondas electromagnéticas clásicas. Recordemos la onda plana sinusoidal, que tiene una longitud de onda y dirección definidas, pero que no tiene una longitud significativa de la que hablar, está “extendida” al máximo. Pero puede construir otras configuraciones del campo electromagnético libre al superponer configuraciones de onda plana. Luego puede obtener cualquier configuración que satisfaga las ecuaciones de Maxwell en el espacio libre, incluidos los estados de “paquete de ondas” que están localizados en el espacio, como el diagrama en los detalles de la pregunta. Cuando tienes ese tipo de estado, es posible preguntar cuál es su longitud.

La pregunta natural que debe hacerse es qué tipo de estado es un estado de fotón único. De hecho, un estado de un solo fotón no se parece en nada al estado clásico, porque no tiene valores definidos para los campos E y B. Son inciertos, como la posición de un electrón en un átomo de hidrógeno.

Con esa advertencia, sin embargo, los estados de un fotón también vienen en ambas variedades: los estados de onda plana y los estados de paquete de onda.

Esencialmente, un fotón no tiene ninguna longitud intrínseca, pero puede prepararse en varios estados, algunos más localizados que otros.

Lo que ha dibujado es una imagen más realista de un paquete de ondas que de un fotón.

Te sorprendería la cantidad de física que puedes hacer sin saber la ‘longitud’ de un fotón; ni siquiera tienes que saber si tiene una longitud. Pero si debe preguntar, debe suponer que la partícula en sí es una partícula puntual con una longitud de onda de DeBroglie asociada dada por la fórmula que proporcionó.

El fotón es una partícula puntual. No tiene talla.

Lo que ha dibujado es un paquete de ondas, que podría estar compuesto por un fotón o 17 fotones. La forma de la onda es esencialmente independiente de los fotones. El fotón es la unidad (o cuanto) de excitación del campo electromagnético. Si está buscando el fotón en esa imagen, debe mirar la amplitud. El número de fotones en el paquete de ondas es proporcional al cuadrado de la amplitud.

Es solo un punto. No los confunda con las longitudes de onda que ve. Esas son una descripción diferente para la luz. Un fotón es un objeto cuántico con dimensiones no bien definidas. Un conjunto de fotones constituye la onda EM que ves representada en tus libros de texto.

Longitud del fotón?

Cuando imaginas un fotón o un electrón, ¿imaginas que es una varilla? Parece más sensato hablar de ellos como algo que tiene radio.

0. 5 × 10 ^ (- 15) m es el radio que conozco