Почему число фотонов колеблется?

При подсчете фотонов (например, с помощью ПЗС) возникает так называемый «фотонный шум» (существенный при малом числе фотонов). Каково объяснение в рамках КЭД, КТП? Принцип неопределенности Гейзенберга? Почему вместо этого энергия отдельного фотона не колеблется?

Спасибо.

У меня может быть время, чтобы написать правильный ответ позже, но я очень надеюсь, что вы запомните это: квантовый шум на самом деле не то же самое, что вы обычно думаете о шуме. Лежащее в основе квантовое состояние является детерминированным. Шум появляется, когда вы измеряете это состояние и наблюдаете случайные результаты.
Под "фотонным шумом" вы имеете в виду дробовой шум ?
@Alfred Centauri, да, я имею в виду дробовой шум

Ответы (2)

В квантовой теории поля понятие частиц на самом деле не является фундаментальным, как следует из названия. Состояния частиц (состояния с собственными значениями энергии) подвержены флуктуациям так же, как и любая другая переменная, в случае ЭМ поля потенциал А ^ мю и электрическое поле Е ^ мю . Из них вы получаете лестничные операторы, инвертируя:

А ^ мю "=" ∫ д 3 к ℏ 2 ю к ε 0 ( а ^ к ты к мю + а ^ к † ты к мю * ) Е ^ мю "=" я ∫ д 3 к ℏ ю к 2 ε 0 ( а ^ к ты к мю + а ^ к † ты к мю * )

Что приводит вас к номерному оператору, Н ^ "=" а ^ † а ^ , с собственными векторами Н ^ п | н к ⟩ "=" дельта н п н к | н к ⟩ .

Однако у вас никогда не бывает числовых состояний. Начнем с того, что вне коробки числовые состояния не нормализуемы. Более реалистичное представление о волновом пакете света — это когерентное состояние. | α к ⟩ , где для комплексного числа α (и режим к ),

| α к ⟩ "=" е ( α а ^ к † − α * а ^ к ) | 0 ⟩

Он хорошо локализован как в импульсном, так и в координатном пространстве, нормализуем и имеет конечную энергию. С другой стороны, его вероятность относительно числового оператора равна

п н "=" | ⟨ н к | α к ⟩ | 2 "=" | α | 2 н н ! е − | α | 2

Это, конечно, только для когерентных состояний, но в более общем смысле, пока ваше состояние не является собственным значением числового оператора (что на самом деле невозможно), оно всегда будет некоторой суперпозицией нескольких числовых состояний.

Фантастика! Поскольку мы можем измерять только те состояния, которые являются собственными векторами числового оператора, у нас есть статистика Пуассона. Невероятный. Спасибо @Slereah.

Я думаю, что это основа квантовой механики. Фотоны испускаются в виде определенных порций энергии, называемых квантами. Независимо от того, насколько мала энергия, если ее достаточно, чтобы возбудить хотя бы один электрон, тогда может быть испущен фотон.

Почему число фотонов колеблется?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v