Wenn die Emission eines Photons erkannt wird, ist sie real oder virtuell?

Ich verstehe, dass man ein einzelnes Photon messen kann, das mit einem Photomultiplier oder CCD absorbiert wird.

Kann man ein einzelnes emittiertes Photon messen, indem man den Strom durch eine LED oder den Rückstoß eines emittierenden Ions überwacht?

Das Photon ist ein Teilchen. Es wird Teilchenwechselwirkungen geben, dh Streuung von Elektronen und/oder das Übergreifen elektrischer und magnetischer Felder von Festkörpern (z. B. Compton-Streuung ), aber die Ionisationswahrscheinlichkeit ist im Gegensatz zu einem geladenen Teilchen sehr gering. Sobald es unelastisch gestreut wird, ändern sich seine Frequenz und Richtung, und es kann kein Aufbau entwickelt werden, der als "Überwachung" bezeichnet werden kann, da kein Strom durch ein Photon aufgebaut werden kann, ohne das, was man zu erfassen versucht, drastisch zu ändern.

Auf dem obigen Foto der Blasenkammer sehen wir Folgendes:

Ein Gammastrahl (hochenergetisches Photon), der von oben kommt und unsichtbar ist (aufgrund der niedrigen Wechselwirkungsrate), wir wissen nur, dass er da ist, nachdem er durch eine Streuung mit einem Elektron eines Atoms der Blasenkammerflüssigkeit wechselwirkt.

Im ersten Eckpunkt sehen wir ein Elektron-Positron-Paar und das Rückstoßelektron, an dem das Gamma gestreut wurde. Der zweite Scheitelpunkt ist ein weiteres Elektron-Positron-Paar, energetischer, durch das gestreute Gamma, diesmal im Feld eines Kerns (da kein drittes Teilchen sichtbar ist, ist der Kern viel schwerer als ein Elektron und viel Gamma-Energie durch die zweite Streuung verloren gegangen ist, hat es weniger als ein paar Mikrometer Abstand zurückgeworfen).

Kann das gleiche Photon sowohl emittiert als auch später absorbiert werden?

Wie auf dem Foto oben zu sehen ist, beinhaltet der Erkennungsprozess Interaktionen, und die Interaktionen verändern den Aufbau. Im Fall des obigen energetischen Photons können wir sagen, dass es dasselbe Photon ist, das beide Paare erzeugt, da der Aufbau für Blasenkammern so konstruiert ist, dass für jedes Bild wenige Gammas ankommen, die gleichzeitig mit der Erzeugung des Strahls aufgenommen werden. Die Energien sind derart, dass eine makroskopische "Abbildung" gemacht werden kann, aber man kann die Wechselwirkung, die das Gamma im Strahl erzeugt hat, nicht mit dem End-Gamma in der Kammer identifizieren. Nur statistisch.

Das Problem wäre ähnlich für niedrige Energie und schlimmer, als die beiden Streuungen hier zu sehen. Absorption bedeutet, dass eine Wechselwirkung auf atomarer Ebene stattgefunden hat und das Photon ein Elektron auf ein höheres Energieniveau gebracht hat. Dies ist, was man auf den CCds und Fotos sieht, Absorption der Photonen, aber eine Verbindung mit dem Quellatom herzustellen, wäre sehr schwierig und die Mühe nicht wert, da es statistisch einfach ist, dies zu tun.

Ich nehme an, man kann bestätigen, dass es dasselbe Photon ist, wenn das Raumzeitintervall zwischen den beiden Ereignissen Null ist.

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine gut gemessene Zahl, aber nicht mit einzelnen Photonen. Es ist ein statistisches Maß.

Bearbeiten: Die Frage wurde erweitert, während ich antwortete

Nachdem die Emission des Photons detektiert wurde, aber bevor seine Absorption registriert wurde, ist es real oder virtuell?

Siehe die Erklärung von virtual in this answer . Das Photon ist genauso real wie die Elektronen auf dem obigen Foto. Es hat nur eine viel geringere Wahrscheinlichkeit für ionisierende Wechselwirkungen und seine Spur wird nicht so sichtbar gemacht wie die Spuren der Elektronen.

Ich nehme an, eine QED-Berechnung würde davon ausgehen, dass das Photon virtuell ist, aber wenn seine Emission gemessen wurde, sollte es dann sicherlich als real behandelt werden?

Eine QED-Berechnung bezieht sich auf den quantenmechanischen Rahmen von Nanometern und weniger. Ein Feynman-Diagramm für das obige Bild würde mit dem ankommenden Gamma als externe Linien geschrieben werden, einem virtuellen Gamma von dem Elektron, das damit wechselwirkt und ein echtes e+e-Paar erzeugt. Die zweite Wechselwirkung hätte einen Kern, der ein virtuelles Gamma aussendet, das sich in ein e+e-Paar verwandelt.

Z ist der Kern im obigen einfachsten Diagramm. (Wegen der Impulserhaltung muss ein drittes Teilchen beteiligt sein). Das Gamma von Z ist virtuell, ebenso wie das Zwischenelektron. Die e+e- sind echt. Um die Wechselwirkung im Blasenkammerfoto zu beschreiben, dh eine Gamma-Compton-Streuung und die Erzeugung eines e+e-Paares, sind weitere virtuelle Austauschvorgänge erforderlich, würden jedoch die Realität des ein- und ausgehenden endgültigen Gammas nicht ändern

Gibt es hier ein Paradoxon?

Nein, denn das Schreiben eines einzelnen Feynman-Diagramms für ein makroskopisches System hat wenig Bedeutung. Was virtuell und was real ist, ist eine Frage des Rahmens, und um makroskopische Systeme quantenmechanisch zu beschreiben, betritt man eine große Komplexität und muss den Dichtematrix- Formalismus verwenden, nicht die einfachen Wechselwirkungen, die durch einfache Feynman-Diagramme und den dortigen virtuellen Austausch dargestellt werden können.