Alle reden immer von der Wellenlänge des Photons. Aber was ist mit seinen Abmessungen? Wie lang und breit ist es? Und hat es überhaupt einen Sinn, über solche Dinge nachzudenken? Oder sind diese Dimensionen in solchen Fällen nicht vorhanden?
Die heute bekannten fundamentalen Teilchen (von denen das Photon eines ist) werden genau deshalb als fundamental bezeichnet, weil sie keine Substruktur oder tatsächlich räumliche Ausdehnung haben, die wir kennen. Sie sind punktförmig, wenn sie lokalisiert sind.
Beachten Sie, dass diese "Teilchen" Quantenobjekte sind, keine klassischen Teilchen, also sollten Sie sie sich nicht als Punkte vorstellen, die im Raum herumflitzen - sie besitzen delokalisierte Zustände, in denen sie überhaupt keine bestimmte Form annehmen (z. B. die "Elektronenwolke" um Atome herum). ist so ein delokalisierter Zustand).
Das Obige ist eine kurze, nicht-relativistische Sicht auf "Teilchen". Geht es um die relativistische Beschreibung, die eigentlich für die vollständige Beschreibung der Elementarteilchen benötigt wird, wird es deutlich trüber. Zum einen verlieren wir die naiven Positionsoperatoren, und der Begriff „Lokalisierung“ wird etwas unscharf, weil die neuen „Positionsoperatoren“, die Newton-Wigner-Operatoren, es nicht erlauben, beobachterunabhängig von Lokalisierung zu sprechen . Der generische Teilchenzustand, der in QFT-Berechnungen gestreut wird, ist normalerweise ein scharfer Impulszustand und daher stark delokalisiert, sodass sich jede Vorstellung von „punktartig“ nicht wirklich auf die Lokalisierung eines Teilchenzustands verlassen kann.
In diesem Bild ist die richtige Vorstellung eines "punktförmigen" Teilchens eines, dessen Streuverhalten keine Substruktur oder räumliche Ausdehnung anzeigt. Bei ausgedehnten Objekten, die aus Unterobjekten bestehen, ändert sich ihr Streuverhalten typischerweise, wenn die Energien/Längenskalen des Streuprozesses ihre Größe erreichen, weil dann ihre Interna aufgelöst werden und die einzelnen Unterobjekte beginnen, an der Streuung teilzunehmen. Unsere Vorstellung von Größe lautet also, dass das Streuverhalten skalenunabhängig ist. Weitere Informationen zu diesem Begriff der Größe in QFT finden Sie beispielsweise in dieser Antwort von Bosoneando .
Für mich bevorzuge ich eine experimentelle Definition der Größe eines Photons. Wenn Sie Licht durch eine Öffnung leiten, sehen Sie Interferenzeffekte, wenn sich die Öffnung der Wellenlänge des Photons nähert, als ob Sie die Kanten beschneiden würden. Warum müssen wir es komplizierter machen?
Wenn das Photon punktförmig ist, dann wäre die Energiedichte unendlich, was unrealistisch erscheint.
Es muss im Weltraum lokalisiert werden, da Photonen vom anderen Ende des Universums nachgewiesen werden können. Wenn sich Photonen ausbreiten, würde ihre Energiedichte über diese Entfernungen gegen Null gehen.
Es kann experimentell gezeigt werden, dass das Photon nicht punktförmig ist. Das Young's-Slits-Experiment beinhaltet die Interferenz eines Photons mit sich selbst (das Photon verhält sich in gewisser Weise wie ein Teilchen, in gewisser Weise wie eine Welle und in gewisser Weise wie eine Wahrscheinlichkeitsverteilung. In Wirklichkeit sind dies praktische Modelle, die wir darauf anwenden - in Wirklichkeit ist es nichts davon - es ist ein Photon). Die im Schlitzexperiment von Young gezeigten Interferenzmuster bleiben auch dann bestehen, wenn der Photonenstrom so weit reduziert wird, dass jeweils 1 Photon auf einmal durchgeht. Der Längenunterschied in den 2 Pfaden kann variiert werden, um die Kohärenzlänge zu bestimmen. Ich glaube, das liegt in der Größenordnung von 1m. Ein weiterer experimenteller Beweis dafür, dass das Photon eine signifikante Länge haben muss, ist, dass die Streuung seiner Frequenz minimal ist. wenn es auf 0 reduziert Amplitude über (zB
glS
Jim
Eduard