O que acontece com um fóton que é cortado?

Question

Trata-se de fótons de comprimentos de onda muito grandes, digamos, frequências de rádio na extremidade inferior do espectro eletromagnético.

Dado um comprimento de onda de várias centenas de metros, parece-me que o fóton portador poderia facilmente encontrar um obstáculo móvel bem no meio dele.

Na minha foto, presumo que o fóton tenha um tamanho, que pode estar incorreto em primeiro lugar se for realmente um ponto sem tamanho, fazendo com que o problema desapareça.

Mas se tiver tamanho, pode ser partido em dois pedaços, um mantendo o seu percurso e o outro reflectido ou absorvido?

Se, por outro lado, um fóton é um objeto indivisível, então o problema será apenas uma questão de probabilidade, se o fóton passa ou não?

Eu poderia determinar o que acontece com as ondas, por exemplo, ondas de pressão sonora na água ou no ar, mas os fótons são diferentes.

Answer 1

A palavra fóton é usada em vários contextos diferentes pelos físicos. E isso leva a uma grande confusão quando se começa a levar isso a sério nesses contextos. Aqui está o famoso discurso de Lamb, Anti-fóton .

Mas existe uma entidade real inequívoca e consistentemente descrita que é chamada de fóton, a excitação elementar do campo eletromagnético. Para um melhor entendimento do mesmo, este é um excelente ponto de partida.

Você descobre o mistério-chave quando diz

Na minha foto, presumo que o fóton tenha um tamanho, que pode estar incorreto em primeiro lugar se for realmente um ponto sem tamanho, fazendo com que o problema desapareça.

Isso, em essência, é a chamada dualidade onda-partícula. Porque a entidade deslocalizada chamada fóton, é mais ou menos detectada como uma entidade localizada sempre de energia fixa!

Então, qual é a interpretação correta? Como você adivinhou,

Se, por outro lado, um fóton é um objeto indivisível, então o problema será apenas uma questão de probabilidade, se o fóton passa ou não?

É uma questão de probabilidade. Ou mais precisamente, a amplitude de probabilidade. Após cada obstáculo, existe uma amplitude associada a ser refletida, transmitida ou absorvida.

Para um exemplo concreto, considere um fóton colidindo com um divisor de feixe perfeito. Depois de passar, o fóton está em uma superposição igual de ter sido refletido e transmitido.

Mas se colocarmos um detector em cada uma das ramificações de saída, sempre o detectaremos em um dos detectores. Nunca simultaneamente em ambos. Além disso, se você recombinar os dois ramos de saída e colocar o detector no local de recombinação, você ainda o detectará em um lugar. Mas se você repetir o experimento várias vezes, um padrão de franja aparecerá na detecção (integrada)! Isso impõe que não podemos imaginar o fóton como tendo viajado por um dos caminhos sobre o outro!

Eu poderia determinar o que acontece com as ondas, por exemplo, ondas de pressão sonora na água ou no ar, mas os fótons são diferentes.

Quando a luz de intensidade usual é usada, a descrição dela como uma onda eletromagnética pode ser aplicada. Mas sempre podemos preparar o sistema para conter muito poucos fótons, e esta é uma das principais diferenças entre as ondas que você mencionou e a luz. Há também outro grande mistério que é o emaranhado, mas isso é uma história para outro dia.