Частота фотона [дубликат]

Два способа думать об этом: вместо того, чтобы думать об одном фотоне, подумайте о квантованном электромагнитном поле . Это квантовое поле распространяется по всему пространству и времени и является электромагнитным. Элементарный способ представить это как набор квантовых гармонических осцилляторов, по одному для каждого из классических режимов уравнений Максвелла.

Если вы изучали квантовый гармонический осциллятор, вы знаете, что он связан с определенной частотой. Эту частоту можно даже классически измерить, если ее квантовое состояние является, например, когерентным состоянием с достаточно большим смещением от основного состояния.

Итак, у нас есть наше квантованное электромагнитное поле, и оно, интуитивно, состоит из маленьких «энергетических бункеров» (квантовых гармонических осцилляторов), каждый из которых помечен своей частотой, и каждый потенциально может иметь свою уникальную частотную метку, измеренную классическим способом, если она находится в правильное состояние.

Фотон теперь является одиноким квантом энергии , добавленным к одному из этих осцилляторов. Эти осцилляторы взаимодействуют с внешним миром дискретно, посредством квантов энергии фиксированного размера. Именно эти взаимодействия мы наблюдаем, когда измеряем электромагнитные явления. Таким образом, с этой точки зрения частота фотона является не столько частотой фотона, рассматриваемого отдельно, сколько частотой квантового гармонического осциллятора, к которой он добавляется/отнимается.

Другой способ взглянуть на это как на частоту волны вероятности. Марвн Скалли и М. Сухейл Зубиари в своей книге «Квантовая оптика» показывают, что плотность вероятности найти фотон (т. е. деструктивно обнаружить его, например , с помощью фотоумножителя), когда электромагнитное поле находится в однофотонном состоянии, равна квадрату величины векторная величина, являющаяся решением уравнений Максвелла. Это решение также может иметь связанную с ним частоту, как и любое другое решение уравнений Максвелла.

частица может быть описана волновой функцией. Частота волны определяется соотношением де Бройля.

Есть несколько способов думать об этом, худший из которых — попытаться представить частицу в виде твердого маленького шарика, который ведет себя каким-то колебательным образом.

Частицы описываются квантовой теорией поля. Итак, для частицы, скажем, электрона, существует соответствующее квантовое поле (в данном случае поле материи электрона). Частица поля — это возбужденная мода поля, так что вы можете думать о частице как о волне в этом поле. В зависимости от ваших знаний о волнах может быть трудно понять, как эта волна локализована в чем-то вроде точки.

Так что, возможно, лучший способ думать об этом — экспериментировать. Рассмотрим волну, падающую на препятствие пропорционально длине волны, например на дифракционную решетку. Волны за решеткой интерферируют и создают дифракционную картину. Подготовленные надлежащим образом частицы будут давать интерференционные картины, и по этим картинам можно сделать вывод о волновых свойствах частицы.

Есть несколько способов измерить частоту фотона.

Самый прямой способ — «смешивать» фотонный луч с другим, точно известной, немного отличающейся частотой. Это создает сигналы, частоты которых являются суммой и разностью двух лучей. Если ваша частота микширования выбрана правильно, разница будет достаточно низкой, чтобы ее можно было непосредственно подсчитать в электронных счетчиках. Эта система используется в радарных камерах контроля скорости.

Вы можете измерить частоту волны, позволив ей интерферировать. Направляйте фотоны через две узкие щели и наблюдайте за узором из светлых и темных областей на детекторе за щелями. Вы можете вычислить частоту по образцу и геометрии щелей. На этой странице показано, как Томас Янг впервые вычислил частоту (на самом деле, длину волны) в 1803 году. Чтобы преобразовать длину волны в частоту, вам нужна только скорость волны. Это работает с любой другой частицей (электроном, протоном и т. д.), которая ведет себя как волна.

Более общую информацию можно найти здесь