Один фотон через призму

Что произойдет с одним фотоном, когда он пройдет через призму?

Будет ли он просто отклоняться в направлении, соответствующем его частоте?

Я сделал этот рисунок для лучшего понимания, здесь, если я размещу набор детекторов после призмы, только один из них обнаружит фотон, в отличие от полихроматического волнового света, где все они сработают. Это действительно происходит?введите описание изображения здесь

Не могли бы вы рассказать мне, как вы создали графику?

Ответы (1)

Хороший ответ на этот вопрос требует знания источника одиночного фотона, о котором вы спрашиваете. Если луч лазера, излучающего, скажем, на длине волны 532 нм и имеющего полосу пропускания, скажем, 0,1 нм, пропустить через призму, угловой разброс луча будет чрезвычайно мал — скажем, угол α . Любой отдельный фотон в этом луче будет содержать смесь длин волн и приземлится где-то в пределах углового разброса. α . Если луч исходит от непрерывного лазера, полоса пропускания которого охватывает видимый спектр от ~ 650 нм до ~ 400 нм, то при прохождении через призму луч будет распространяться в виде радуги и покрывать гораздо более широкий угол. β . И любой отдельный фотон в луче приземлится где-то в пределах углового разброса β .

Фотон можно обнаружить только один раз. До обнаружения его частота (и поляризация) неопределенны. Это означает, что эти свойства не имеют значения, пока они не будут обнаружены/измерены. Дело не в том, что свойства неизвестны; свойства не имеют значения. Волновой пакет, составляющий фотон до обнаружения, — это просто пакет плотностей вероятности, определяющий вероятность того, что измерение даст какое-либо конкретное значение. Таким образом, волновой пакет любого фотона в луче рассеивается призмой точно так же, как рассеивается луч, но как только фотон где-то обнаруживается, мы присваиваем ему длину волны, которой у него не было непосредственно перед обнаружением. Если вместо того, чтобы регистрировать фотон в этой точке, мы позволим ему пройти через щель в апертуре, мы ограничим волновой пакет так, что фотон, обнаруженный ниже по потоку от щели,

Re: «Дело не только в том, что свойства неизвестны; свойства не имеют значения». Почему лучше сказать так, чем сказать, что, хотя теория и делает точные предсказания о статистической популяции фотонов в эксперименте, она ничего не говорит об отдельных фотонах?
Дело в том, что фотон (или любая другая квантовая частица) не имеет квантового состояния, пока это состояние не измерено. Альтернативный взгляд («скрытые переменные»), что у частицы есть состояние, но мы не знаем, какое оно, пока оно не измерено, оказывается неверным, что и показывает статистика результатов измерений на одиночных частицах ( например, «однофотонная» двухщелевая интерферометрия). В контексте этого вопроса измеряемое квантовое состояние — это длина волны, поэтому я говорю, что у фотона нет определенной длины волны, пока длина волны не будет измерена.
Вы говорите: "фотон... пока состояние не измерено". Но о каком фотоне вы говорите? Вы даже не можете знать, что был фотон, пока не будет измерено его состояние. Вы можете предсказать, сколько фотонов будет обнаружено в ходе эксперимента, и вы можете предсказать пространственное распределение и энергетический спектр событий обнаружения, но теории, предсказывающей, где и когда ударит следующий фотон, просто не существует. Может быть, я запутался в том, что означает "фотон". Я думаю о чем-то, что может быть подсчитано детектором, но, может быть, вы думаете об этом как о волновой функции, которая предсказывает...
Некоторые утверждают, что само понятие «фотон» вводит в заблуждение и что от этого термина следует отказаться. Я думаю, что они правы, но я не знаю, какой термин использовать вместо этого. Это становится немного не по теме. Хотите переместить его в чат?
@ S.McGrew Нет причин избавляться от термина «фотон» и нет никаких оснований предполагать, что их не существует.
Проблема с этим термином заключается в том, что для большинства людей, которые его используют, «фотон» относится к частице, которая начинается в одном месте и обнаруживается в другом месте. Это непонимание приводит к каскаду дальнейших недоразумений.
@ S.McGrew Какие у вас есть доказательства того, что это недоразумение? Вы можете вывести любые явления, такие как бахрома и т. д., основываясь на идее, что фотон — это частица, движущаяся отсюда туда. С другой стороны, требуется немало воображения и неуверенности, чтобы найти альтернативное решение.
Пример: два лазера с синхронизацией по фазе, их лучи объединены призмой. Интерференционные полосы появляются даже тогда, когда лучи ослаблены настолько, что можно различить отдельные фотоны, но полосы исчезают, когда один луч блокируется. Любое дальнейшее обсуждение этого будет не по теме и должно быть перенесено в чат.
@S.McGrew Паттерны создаются, когда реальные когерентные фотоны, поступающие из нескольких источников, свернуты на экране обнаружения. Если у вас есть только один луч (один источник), то, конечно, полосы исчезают. Мы можем взять его, чтобы поговорить, если вы хотите. Спасибо
Чат на [ chat.stackexchange.com/rooms/86679/photonforge] . Однофотонная дифракция была продемонстрирована много раз. Все, что требуется, — это достаточно ослабить лучи, чтобы гарантировать, что с высокой вероятностью в каждый момент времени в установке присутствует только один фотон. Согласно вашему утверждению, контраст интерференционных полос должен уменьшаться до нуля, когда поток фотонов снижается до диапазона ~ 1 в наносекунду. Но это не так.
@ S.McGrew Я пытался войти в чат, но он не позволил мне. Не уверен, что я делаю неправильно
Вы должны быть в состоянии войти сейчас.
@ S.McGrew «Если мы позволим ему пройти через щель в апертуре, мы ограничим волновой пакет, так что фотон обязательно будет иметь длину волны в диапазоне длин волн, проходящих через щель». Визуализация Я размещаю детектор на определенном расстоянии D от щели. Если перейти к предельному случаю, когда фотон максимально монохроматичен, то его волновая функция имеет тенденцию к однородному распространению в пространстве и вероятность его обнаружения везде одинакова. Будет ли это означать, что я могу обнаружить фотон за время t<D/c?
Не уверен, что понимаю, что вы имеете в виду. В этом случае волновая функция неоднородна в пространстве. Его амплитуда меняется в зависимости от расстояния от щели.
Кроме того, «максимально монохроматический» будет означать, что частота ограничена очень узко, что означает, что волновая функция очень длинная (в направлении распространения). Это означает, что момент, когда фотон покидает щель, весьма неопределен, что делает ваше t весьма неопределенным.
Один фотон через призму
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 5v