Re: Fotone

From: Gianmarco Bramanti <gianmarco100_at_inwind.it>
Date: Fri, 30 Jul 2004 17:40:02 GMT

                    Il 28 Lug 2004, 02:30, Marco Baggio <nbwba_at_tin.it> ha scritto:
> iosono ha scritto:
>
> > Salve volevo farvi delle domande
> >
> > Il fotone e divisibile? se la risposta e no, che cosa succede se faccio
> > passare in uno specchio semiriflettente? rifletter� oppure verr�
assorbito?
> >
> > P.S. Il fotone ne deve essere uno.
>
> Avr� una certa probabilit� di passare o non passare, definita dal
> quadrato della funzione d'onda... almeno credo!
>
> Ciao!
>

Mi permetto solo una precisazione: "la probabilita' e' definita dal modulo
quadrato dell'ampiezza di probabilita' di osservare un fotone che arriva da
una certa direzione con una certa polarizzazione, in un certo punto". In
teoria
dei campi in genere e' lecito parlare di funzione d'onda solo con serie
distinzioni
e cautele.

Si recuperano le funzioni d'onda dalla teoria dei campi solamente per
sistemi
nei quali ha un senso isolare un sistema di particelle il cui numero per
ciascuna
specie puo' essere considerato costante. E non basta e' richiesto anche che
abbia
senso approssimare la dinamica di questa onda di probabilita' per mezzo di
una
equazione di Schroedinger, che descrive la probabilita' di osservare una
particella
in un punto. In linea generale il campo elettromagnetico non da' alcuna
garanzia di
conservare il numero di fotoni, non da' nessuna garanzia di essere
localizzato in un
punto dello spazio e non da' alcuna garanzia di essere descritto da
un'equazione di
Schroedinger.

Nel caso dell'ottica fatta con gli atomi e particolarmente con la materia
condensata, pero' c'e' qualcosa che aiuta: gli atomi, come i cristalli,
possono
comportarsi come strumenti estremamente selettivi riguardo all'interazione
con la luce. Questo perche' gli stati a disposizione degli elettroni
vincolati in
orbitali atomici, ed in bande strutturali nel caso dei solidi, per le
transizioni
 elettromagnetiche nel visibile sono estremamente limitati e caratterizzati
da
bande di energia molto ristrette. (Come "non" si verifica ad esempio per
elettroni
liberi).

In virtu' di cio' ha un certo senso dire che un atomo, in opportune
condizioni
deve emettere un fotone e se questo fotone viene rivelato con un meccanismo
altrettanto selettivo, allora ha senso pensare ad un solo fotone. Ai singoli
fotoni
emessi e' associata una certa frequenza e l'ampiezza di probabilita' di
osservare
un fotone... e' descritta da una grandezza oscillante nello spazio e
generalmente
variabile nel tempo. Anche se questa non e' una funzione d'onda nel senso di
Schroedinger e' comunque un'onda.
Cosa succede ora se sul cammino di questo fotone c'e' una superfice
semiriflettente? Succede che se la sua interazione e' di tipo elastico,
come avviene ad esempio all'interfaccia fra mezzi trasparenti, lo stato
del fotone di prima viene sostituito da uno stato che e' associato con
un'ampiezza che e' somma di due repliche, una essenzialmente identica
come se la superfice non ci fosse, l'altra in direzione differente. Cosa
succede
allora se mettiamo un contatore di coincidenze (un contatore di coincidenze
ha una certa banda temporale delta t) nelle due diverse direzioni dalle
quali ci
aspettiamo di osservare un fotone? Succede che il numero di coincidenze
osservate andra' diminuendo man mano che diminuiamo l'intensita' della luce,
fino a quando, nella misura in cui diventa improbabile che due fotoni siano
emessi nello stesso intervallo temporale significativo perche' il contatore
riveli una coincidenza, non osserviamo piu' coincidenze. Non di meno ognuno
dei due pezzi del contatore di coincidenze continuera' ad osservare una
frazione
statisticamente stabile di fotoni, essenzialmente senza risentire
dell'intensita'.
Un'ultima osservazione da rilevare:
se due fasci vengono fatti riconvergere in uno solo per mezzo di riflessioni
elastiche estremamente precise: allora nei punti Z e V:

^^^^^^^^'Z
aaa/-------/----V
aaa|^^^^^'|
aaa|^^^^^'|
----/-------/

(Il disegno e' pessimo ma spero si capisca che " a ^ ' " sono caratteri
messi per
stabilizzare il disegnino rispetto ai riporti automatici del
post-management)

si verifica interferenza. Questa interferenza dipende dai cammini ottici che
possono
essere modificati fino a non avere fotoni in Z e solo in V e viceversa.
Abbassando
l'intensita' quello che si nota e' che l'interferenza persiste anche per
intensita' alle quali
non c'erano coincidenze. Questo si puo' prevedere e pensando che il fotone
sia
essenzialmente descritto da un'onda di ampiezza di probabilita' di osservare
un fotone
(da una funzione d'onda se preferisci) che viene riflessa in due pezzi che
vengono poi
risommate in modo diverso in direzione di Z e di V secondo il cammino
ottico.


Quello che rende un poco piu' problematico conservare l'idea di un emissione
di fotone
e di un fotone indipendente dal processo di emissione, e' se vuoi un altro
esperimento
ideale. Un atomo eccitato posto in una cavita' risonante modifica il suo
tempo di emissione.
Il fotone emesso puoi pensarlo in qualche modo ancora come descritto da una
funzione
d'onda, pero' non e' banale che si tratti della riflessione dell'onda che
descriveva l'ampiezza
di probabilita' di osservare il fotone nel vuoto.


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Received on Fri Jul 30 2004 - 19:40:02 CEST

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