¿Cuál es la extensión transversal de un fotón? ¿Qué tan cerca tiene que estar uno de la línea de propagación de un fotón para interactuar con él o absorberlo?

Casi cualquier distancia lateral (o radial) como dicen las soluciones de las ecuaciones de Maxwell .

Sin embargo, se debe tener cuidado con el tipo de fuente que realmente emite ondas electromagnéticas (EMW). Por ejemplo, si usted tratara a los EMW provenientes del Sol o de una bombilla como esféricos o similares, estaría equivocado: estas ondas se idealizan y promedian desde muchas fuentes (a nivel atómico, iones y electrones, etc.). Los fotones individuales, estocásticos como son, emitidos desde sus fuentes no se sincronizan entre sí, lo que significa que, incluso si son de la misma frecuencia (energía), tienen fases diferentes y, en promedio, no interfieren, es decir, no se muestran El patrón de interferencia. (Observación: los fotones rara vez interactúan mutuamente, pero esto no está relacionado con la interferencia). Por otro lado, un solo fotón incluso de este tipo de fuentes tiene algún “tamaño” lateral, por lo que uno puede observar patrones de interferencia incluso del Sol, pero la distancia lateral de las rendijas debe ser corta.

¿Qué pasa con un átomo como fuente? Por lo general, no podemos predecir la dirección de un fotón emitido, pero tenga en cuenta esto: el átomo retrocede en una dirección, por lo que si midiera su posición, ahora sabría la dirección del fotón liberado al menos aproximadamente, no antes. La función de onda del átomo “colapsó”, al igual que la función de onda del fotón enredado. Además, este ejemplo muestra cómo el entorno de una fuente emisora ​​afecta las características de EMW, uno tiene que tener muchos átomos en la fuente para restringir la salida EMW a un rango espacial. Por ejemplo, un láser tiene muchos átomos en una cavidad para enviar su haz de salida más o menos direccional, solo unos pocos no pueden hacer eso.

Observe aquí que un frente de onda en expansión funciona incluso para un solo fotón, la energía electromagnética contenida en él realmente representa la probabilidad de interacción con algo más allí. Una parte del frente de onda EMW puede estar reflejada, dividida, guiada por ondas, difractada, dispersa, solapada, divergida, enfocada y similar, pero incluso un solo fotón obedecerá a la superposición de todos los caminos posibles. Esto hace que un concepto de “longitud de onda” lateral sea algo abstracto.

Como puede ver, no hay una respuesta fácil sobre este tema. Depende de un escenario particular, pero en el peor de los casos, puede suponer que se trata mínimamente de la longitud de onda.

La extensión transversal es la longitud de onda del fotón. Cómo interactúa con la materia es un poco confuso. Voy a darle una oportunidad.

Para antenas, la longitud del elemento de antena es la mitad o un cuarto de la longitud de onda deseada. La antena no está realmente perfectamente personalizada para una longitud de onda, sino que tiene un rango pero tiene una mejor ganancia en la longitud de onda objetivo.

La interacción con otros objetos es mucho más complicada. Tiene que ser discutido caso por caso.

Por ejemplo, para los electrones asociados a un átomo, la interacción se describe mejor como energía de fotones frente a la energía necesaria para salir de un electrón a un nivel de energía diferente. Pero eso no significa que las dimensiones físicas del orbital sean irrelevantes. Es solo que es más fácil trabajar con intercambios de energía en lugar de una longitud conceptual de “antena” para un orbital electrónico.

La forma en que los fotones interactúan con los objetos en las escalas más pequeñas se describe mejor como causante de un aumento en la energía de onda de la partícula subatómica.

La forma en que los fotones interactúan con los átomos y las moléculas se describe mejor como causante de un aumento de la temperatura.

La forma en que los fotones interactúan con objetos grandes como una antena, se describe mejor como causante de una corriente.

En cualquier caso, solo se considera el componente eléctrico y la orientación del fotón.

Las explicaciones tienen mucho más, pero necesitará enfocar sus preguntas y ser más específico.