当一个原子产生单个光子时,它是呈球形分布还是沿特定方向分布?

时间:2022-06-19 10:08:55   作者:
这是一个有两个答案的问题,取决于你的观点。那是因为我们需要激发波粒二象性。光子是电磁场的能量量子。这意味着场方程的解定义了光子的场。在原子的情况下,发射通常是通过偶极跃迁,这有一个相关的甜甜圈辐射模式。最终在远场中,也就是远离原子的地方,光子场根据平方反比定律变化。

然而,在光子场中只有一个能量量子。考虑两种类型的实验。一个检测原子发射后的动量。这就是所谓的光子反冲,通过探测反冲的方向,我们现在就确定了光子发射的方向。这是因为原子的动量与光子的动量纠缠在一起。

波粒二象性

另一个实验是光子的探测,它同样会决定发射的方向和原子反冲的方向。请注意,光电探测器不需要很小。光电探测器探测面积大,因此不能精确测量方向/动量。在这种情况下,光子有明确方向的说法无法得到证实。

类似地,一个微观的光探测器,比如说一个原子,它的探测效率很低,这使得光子的粒子图像有问题,因为光子似乎只是简单地穿过原子,就好像它不存在一样。

问题是,我们可以用来定义光子位置的所有东西实际上都取决于探测中使用的光学元件。光子被透镜收集后,光路完全描述了光子的空间特性。这意味着光子一旦被收集,就可以被完全控制。有趣的是光子的空间特性完全由光场模式描述,这可以用电磁场方法建模。

无论如何,我们不能说光子是按特定的方向发射的。我们只能说光子动量与原子反冲纠缠在一起。纠缠态的本质是它在被测量之前是不确定的。因此,说光子是在一个特定的方向发射的,是假设一些局部隐藏变量的理论,这被排除了违反贝尔不等式。

光子是电磁场模式下的单个能量量子。它不是空间定义的,这表明了量子物体的奇怪性质或波粒二象性的奇怪性质。
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