Wird der Photonenrückstoß eines Atoms bei Absorption durch einen Strahlteiler beeinflusst?

Stellen Sie sich ein Photon mit Impuls p vor, das sich einem halbdurchlässigen Spiegel nähert. Nach dem Auftreffen auf den Spiegel befindet er sich in einer Überlagerung des Impulses +p und -p und der Spiegel (wir nehmen an) in einer Überlagerung des Impulses 0p und +2p. Ein zweites Photon würde dasselbe tun, und der Spiegel wäre in einer Überlagerung von 0, +2p und +4p (mit +2p höchstwahrscheinlich). Nach n Photonen wäre +np am wahrscheinlichsten, aber es würde eine sehr große Streuung geben. Angenommen, wir können dies so einrichten, dass keines der Photonen später absorbiert wird und die Quantenüberlagerungen erhalten bleiben. Was sehen wir dann, wenn wir in den Spiegel schauen, und welchen Impuls würden wir messen?

Es scheint mir, dass wir sehen würden, wie sich der Spiegel bei + np bewegt (und als bewegt messen) – was der Strahlungsdruck von der Reflexion wäre. In diesem Szenario würde der Impuls erhalten bleiben, da die beiden „Hälften“ jeder Photonenwellenform unterschiedliche Impulse (+p und –p) hätten und die „Gesamt“-Wellenform also 0p hätte und der Spiegel +p von der Reflexion erhalten hätte.

Aber wenn das richtig ist, bleibt die Frage, was mit dem „Gesamt“-Impuls des Photons passiert, wenn es absorbiert wird. Denn wenn das halbreflektierte Photon einen Gesamtimpuls von Null hat, wird es bei der Absorption keinen Rückstoß an das absorbierende Atom liefern. Aber ist das richtig, wurde es getestet? Liefern halbreflektierte Photonen bei Absorption keinen Rückstoß an Atome (dies setzt voraus, dass das halbreflektierte Photon seine Quantenüberlagerung nicht bereits auf andere Weise verloren hat).

Die alternative Erklärung ist natürlich, dass der Spiegel selbst in eine Überlagerung eintritt, bis das halbreflektierte Photon absorbiert ist, sodass wir uns überhaupt nicht mit dem „Gesamtimpuls“ des halbreflektierten Photons auseinandersetzen müssen, sondern einfach beide finden Überlagerungen (Photon und Spiegel) aufgelöst, wenn das Photon absorbiert wird. Dem scheint mir jedoch die Tatsache des Strahlungsdrucks durch Reflexion zu widersprechen, und damit die Tatsache, dass der Spiegel (sagen wir) durch Reflexion um einen genau definierten Betrag beschleunigt würde, der nicht auf die reflektierten Photonen warten müsste versunken sein, um zu beobachten, was das ist.

Ich möchte wirklich wissen, ob dies getestet wurde und was das Ergebnis war?

Strahlteiler bieten zwei Pfade, und jedes Photon folgt zufällig einem einzigen Pfad. Strahlteiler teilen also KEINE Photonen! In diesem Sinne sollten Sie Ihre Frage rekonstruieren.
@ Peter Diehr. Das OP bezieht sich offensichtlich auf die Quantenmechanik, bei der sich ein Photon in einer Überlagerung zweier Pfade befinden würde, bis es erkannt wird. Dies scheint ein Duplikat von physical.stackexchange.com/q/368333/1 oder physical.stackexchange.com/q/282410/109928 zu sein
Ich habe die Frage bearbeitet, um klarzustellen, dass ich mich auf die Wellenform eines einzelnen Photons unter dem Einfluss eines Strahlteilers beziehe. Die Frage ist kein Duplikat der verknüpften, da sie sich speziell auf das Rückstoßmoment von Photonen bezieht und fragt, ob jemand Experimente kennt, die es mit einem Strahlteiler untersuchen.
Experimentell ist es schwierig, beide Strahlen mit einem Elektron in Wechselwirkung zu bringen, ohne sie neu zu fokussieren, wodurch sich der Photonenimpuls ändert. Wenn ein Photon in Überlagerung zweier Impulszustände von einem ruhenden Elektron absorbiert wird, prallt das Elektron theoretisch in eine Überlagerung dieser beiden Impulse mit einem durchschnittlichen Impuls von Null in Ihrem Aufbau zurück.
Neben dem Kommentar von Peter Diehr, dass Photonen weder teilbar (z. B. halbreflektiert) noch ortsgebundene Wandereinheiten sind, kann ich diese knappe Niederschrift empfehlen: quantenfeldtheorie.net/photon . Um zu verstehen, wie das em-Feld mit Materie interagiert, ist ein gründliches Studium der QFT einschließlich der goldenen Regel von Fermi erforderlich.
Sie haben die Erwartungsfunktion mit einer Eigenfunktion verwechselt. Ein klassisches Beispiel wäre ein sechsseitiger Würfel. Der Erwartungswert eines klassischen Würfelwurfs wäre 3,5, aber Sie werden niemals eine 3,5 werfen.

Antworten (2)

Ich füge eine weitere Antwort hinzu, da Sie die Frage wesentlich geändert haben. Ich habe das Gefühl, dass wir hier mit so vielen Diskussionen und Änderungen den Bereich der angemessenen Stackexchange-Etikette verlassen. Vielleicht kann ein Mod vorschlagen, wie man am besten vorgeht. Wie auch immer, hier ist meine Antwort.

Deinem ersten Absatz stimme ich voll und ganz zu

Ihrem zweiten Absatz stimme ich voll und ganz zu. deine erste aussage ist:

Es scheint mir, dass wir sehen würden, wie sich der Spiegel bei + np bewegt (und als bewegt messen) – was der Strahlungsdruck von der Reflexion wäre.

Das ist falsch. Wenn wir den Impuls des Spiegels messen würden, könnten wir jeden Impuls messen 0 , + 2 P , + 4 P , … , + N P , … , + 2 N P . Wie Sie bereits gesagt haben, ist es sehr wahrscheinlich , dass wir messen + N P . Da sich der Spiegel jedoch in einer Überlagerung vieler Impulszustände befindet, können wir im Voraus nicht vorhersagen, welchen Impuls wir messen werden, wenn wir ihn messen. Wir können jedem möglichen Impuls nur Wahrscheinlichkeiten zuordnen, wobei die Wahrscheinlichkeit durch die Gewichtung dieses Terms in der Zustandsbeschreibung des Spiegels gegeben ist.

Betrachten Sie einen Spiegel, der zuerst von einem Photon getroffen wird, γ 1 und dann ein zweites Photon, γ 2 . Der Anfangszustand dieses Systems ist

| 0 ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2

Wo sich die Indizes auf den Zustand des Spiegels beziehen, M , und die beiden Photonen, γ 1 Und γ 2 .

Nachdem das erste Photon auf den Spiegel trifft, ist der Zustand

1 2 ( | 0 ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 + | + 2 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 )

Nachdem das zweite Photon auf den Spiegel trifft, ist der Quantenzustand

1 2 ( 1 2 ( | 0 ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 + | + 2 P ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | − P ⟩ γ 2 ) + 1 2 ( | + 2 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 + | + 4 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | − P ⟩ γ 2 ) )

Sie sehen, dass sich bei jeder Reflexion jeder Term in zwei Terme aufspaltet. Eines, bei dem der Spiegel keine Änderung im Impuls hatte und das Photonen-Impuls nicht geändert wurde, und eines, bei dem der Spiegel einen Kick bekam + 2 P und das Photon wurde reflektiert.

Nehmen wir an, wir führen jetzt eine Messung des Impulses des Spiegels durch. Die möglichen Ergebnisse sind 0 , + 2 P , oder + 4 P .

Wenn wir messen 0 dann wissen wir, dass wir den Quantenzustand in den ersten Term oder ersten „Zweig“ „kollabiert“ haben. Das heißt, wir kennen beides γ 1 Und γ 2 würde Schwung verraten + P bei der Messung ihrer Impulse. Der Staat ist dazu zusammengebrochen | 0 ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 . Beachten Sie, dass der Impuls erhalten bleibt.

Wenn wir den Spiegel messen, um Impuls zu haben + 4 P Wir wissen, dass wir in der letzten Verzweigung sind und somit beides γ 1 Und γ 2 würde Schwung verraten − P bei der Messung ihrer Impulse. Der Staat ist dazu zusammengebrochen | + 4 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | − P ⟩ γ 2 . Beachten Sie, dass der Impuls erhalten bleibt.

Messen wir nun den Impuls des Spiegels zu sein + 2 P , dann wissen wir intuitiv, wenn wir den Impuls der Photonen messen würden, wäre eines von ihnen durchgelassen und eines von ihnen reflektiert worden, aber nur durch Messen des Impulses des Spiegels können wir nicht bestimmen, welches. Das bedeutet, dass der Zustand des Systems nach der Messung wäre

1 2 ( | + 2 P ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | − P ⟩ γ 2 + | + 2 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 )

Das heißt, auch nach der Messung befindet sich das System noch in einer Überlagerung. Dies liegt daran, dass uns die Messung keine VOLLSTÄNDIGEN Informationen über den Quantenzustand lieferte. Sie können sehen, dass der Impuls definitiv ist, aber das Photon befindet sich immer noch in einem Überlagerungszustand.

Vielleicht hilft dir diese Erklärung schon weiter?

Wie auch immer, zurück zu Ihrer Frage und dem zweiten Absatz. Es ist nicht klar, was Sie meinen, wenn Sie von „Hälften“ des Photons oder dem „Gesamt“-Photonenimpuls sprechen. Ich denke, was Sie verwirrt, ist das, was Sie mit „Gesamt“-Momentum meinen. Ich bin mir ziemlich sicher, was Sie als „Gesamt“-Momentum bezeichnen, ist keine Sache. Stattdessen sollten Sie über den Photonenimpuls nachdenken, wie ich ihn oben illustriert habe. Der Gesamtzustand des Systems ist eine Überlagerung verschiedener Begriffe, in denen verschiedene Dinge passiert sind. In jedem dieser Terme hat das Photon einen wohldefinierten Impuls. Immer wenn eine Interaktion stattfindet, kann jeder Begriff in mehrere andere Begriffe aufgeteilt werden. Diese verschiedenen Zweige teilen und teilen sich, bis eine Messung durchgeführt wird. Bei einer Messung "bricht" der Zustand zusammen

Die Sprache, die ich hier verwende, ist der Viele-Welten-Interpretation der Quantenmechanik entlehnt, aber Sie müssen diese Interpretation nicht übernehmen, damit diese einfache Beschreibung von Superposition/Verschränkung Sinn macht.

Lassen Sie uns dieses Beispiel noch etwas erweitern. Stellen Sie sich vor, wir messen NICHT den Impuls des Spiegels oder des ersten Photons, sondern den Impuls von Photon 2, γ 2 . Stellen Sie sich vor, wir messen + P . Dann kollabiert der Quantenzustand zu

1 2 ( | 0 ⟩ M | + P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 + | + 2 P ⟩ M | − P ⟩ γ 1 | + P ⟩ γ 2 )

Wir kennen den Impuls des zweiten Photons, aber das erste Photon und der Spiegel bleiben in einem Überlagerungszustand und das gesamte System bleibt in einem verschränkten Zustand.

Sie fragen immer wieder, ob dies getestet wurde. Ich bin mir nicht sicher, welches Experiment Sie sich genau vorstellen, aber ich kann Ihnen sagen, dass, wenn Sie Licht auf einen Strahlteiler richten und dann einen Ausgang des Strahlteilers verwenden, um Atome zu beleuchten, das Licht den Atomen mit Sicherheit den erwarteten Impuls verleihen wird. Ich habe dieses Experiment durchgeführt.

In den Kommentaren fragen Sie nach einem Experiment, bei dem ein einzelnes Photon auf einen Strahlteiler trifft, und bestätigen, dass der Strahlteiler nur in dem zu sehen ist | 0 ⟩ M oder | + 2 P ⟩ M und niemals | + P ⟩ M . Mir fällt aus dem Stegreif kein Experiment ein, das genau das tut. Der erste Grund ist, dass es sehr schwierig ist, den Rückstoß eines massiven Spiegels aufgrund eines einzelnen Photons zu messen. Ich denke, viele würden sagen, es ist unmöglich. Ich habe jedoch auf dem Gebiet der Optomechanik gearbeitet, wo Menschen regelmäßig Einzelphotonen- und Einzelphononen-Wechselwirkungen zwischen einem optischen Feld (Photonen) und einem mechanischen Objekt wie einem Spiegel sehen. Vielleicht können Sie Experimente zur Optomechanik nachschlagen, um zu sehen, ob es ein bestimmtes Experiment gibt, das Ihre Frage erfüllt.

Was ich sagen kann, ist, dass die Konzepte von Überlagerung, Verschränkung und Strahlungsdruck gründlich untersucht wurden und die Theorie, die unzähligen Experimenten zugrunde liegt, auf diesen Konzepten beruht. Die Messung des Spiegels im Zustand | + P ⟩ M würde all diesen experimentellen Ergebnissen widersprechen, daher kann ich mit Sicherheit sagen, dass Sie den Spiegel nicht als in Zustand messen würden, wenn dieses Experiment mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden könnte | + P ⟩ M .

Was ich auch sagen kann ist, dass die Einzelphotonen-Wechselwirkung zum Beispiel einem EPR-Experiment sehr ähnlich ist. Beachten Sie, dass dieses Photon und der Spiegel nach der Wechselwirkung einen EPR-verschränkten Zustand bilden. Viele EPR-Paar-Experimente wurden beispielsweise durchgeführt, um die Bellsche Ungleichung zu testen, und diese stimmen alle mit den üblichen Ergebnissen der Quantenmechanik überein. Diese EPR-Experimente demonstrieren auch eine Art Erhaltungssatz. Wenn | ↑ ⟩ Und | ↓ ⟩ stellen dann den EPR-Zustand Drehimpulszustände dar

1 2 ( | ↑ ⟩ 1 | ↓ ⟩ 2 + | ↓ ⟩ 1 | ↑ ⟩ 2 )

zeigt Impulserhaltung in jedem "Zweig", genau wie die Photonen und der Strahlteiler. Das heißt, wenn eines der Teilchen im Zustand gemessen wird | ↑ ⟩ dann WISSEN wir, dass wir den Zustand des anderen Teilchens nicht messen konnten | → ⟩ , weil das zum Beispiel die Impulserhaltung verletzen würde. Das heißt, es sei denn, die Teilchen interagieren mit etwas anderem, das den Impuls wegnehmen kann.

Wie auch immer, der Punkt ist, dass dies grundlegende Ergebnisse in Überlagerung / Verschränkung sind, auf denen sich viele Quantentheorien und Quantenexperimente stützen, daher bin ich mir dieser Ergebnisse sicher. Es gibt wahrscheinlich ein spezielles Experiment auf dem Gebiet der Einzelphotonen-Einzelphonon-Optomechanik oder Atominterferometrie, aber ich kann jetzt nicht darauf hinweisen. Auch die Ungleichheitsmessungen von EPR/Bell könnten für Sie interessant sein.

Ok, der Spiegel kann also einen bestimmten Impuls haben, während die Photonen in Überlagerung bleiben, indem die Photonen durch ihre Wechselwirkung mit dem Spiegel verschränkt werden. Im Zwei-Photonen-Beispiel bedeutet dies, dass, wenn der Spiegelimpuls als +2p beobachtet wird und ein Photon später als +p beobachtet wird, das andere sich als -p herausstellen muss. Können Sie bestätigen, dass in dem Ein-Photon-Beispiel der Spiegelimpuls immer nur als 0p oder +2p (und niemals p) gemessen wird, oder ist diese Messung zu schwierig, um sie genau zu erhalten?
Schön, ich stimme allem zu, was Sie hier gesagt haben. Der Teil über den Spiegel, der die Photonen verschränkt, ist sehr wichtig. In der Quantenoptik begegnen wir manchmal Wechselwirkungen, die eine solche Verschränkung verursachen, und wir nennen diese Wechselwirkungen manchmal "Strahlteiler-Wechselwirkungen", auch wenn sie nicht buchstäblich durch einen Strahlteiler implementiert werden.
Ich füge der Antwort jetzt einen Abschnitt zu experimentellen Realisierungen hinzu.

Bei dieser Frage geht es um die Impulserhaltung bei Überlagerung. Stellen Sie sich vor, dass sich ein Photon mit Photonenimpuls nach rechts bewegt + ℏ k . Es trifft dann auf einen zu 50 % reflektierenden, zu 50 % durchlässigen Spiegel (dies ist der Strahlteiler, den Sie sich vorstellen). Das Photon befindet sich nun in einer Überlagerung, sich mit Impuls nach rechts zu bewegen + ℏ k wie zuvor und mit Schwung nach links fahren − ℏ k .

Ihr Missverständnis ist zu glauben, dass dies bedeutet, dass die Photonen der Gesamtimpuls sind 0 . Aber das ist falsch. Die richtige Art, darüber nachzudenken, ist, dass sich das Photon in einer Überlagerung von beiden befindet, die einen Impuls haben + ℏ k und Schwung haben − ℏ k .

Der nächste Teil Ihrer Frage betrifft die anschließende Absorption dieses Photons nach der Strahlteilung. Nun, hier ist, was Sie finden werden. Wenn Sie feststellen, dass das Photon von einem Absorber (Atom) rechts vom Strahlteiler absorbiert wird, bedeutet dies, dass das Photon mit Impuls beobachtet wurde + ℏ k also werden diese Atome Impuls absorbieren + ℏ k und fahren Sie nach rechts. In diesem Fall wird kein Photon beobachtet, das nach links wandert.

Wenn Sie stattdessen feststellen, dass das Photon von einem Atom links vom Strahlteiler absorbiert werden soll, wird beobachtet, dass dieses Foto einen Impuls hat − ℏ k damit Atom Impuls absorbiert − ℏ k und fangen Sie an, nach links zu reisen.

Die offensichtliche Frage an dieser Stelle ist der Fall, wenn das Photon Impuls hat − ℏ k weil es so aussieht, als wäre die Impulserhaltung gebrochen worden. Nun, die Antwort ist, dass, wenn das Photon eine Überlagerung von Bewegungen nach links und rechts wird, der Strahlteiler AUCH in eine Überlagerung von Rückstoß und Nichtrückstoß gelangt. Das ist:

WENN festgestellt wird, dass sich das Photon nach rechts bewegt, DANN wird festgestellt, dass sich der Spiegel nicht mit Impuls bewegt 0 .

WENN sich das Photon nach links bewegt, DANN hat der Spiegel einen Impuls + 2 ℏ k , um den Impuls des Photons zu kompensieren, der die Richtung umgekehrt hat.

Anders ausgedrückt: Photon und Spiegel verschränken sich nach diesem Experiment.

Das Problem bei dieser Antwort ist, dass sie impliziert, dass alle Makrokörper nach aller Reflexion in einen Quantenzustand der Überlagerung versetzt werden, bis eine „Erkennung“ erfolgt, um die Unbestimmtheit auf die eine oder andere Weise aufzulösen. Aber Strahlungsdruck kann als Folge von Reflexion auftreten, und das verursacht eine Makroänderung des Impulses, unabhängig davon, ob die reflektierten Teilchen bereits absorbiert oder detektiert wurden. Die Photonenwellenform muss also in der Lage sein, einen bestimmten (nicht überlagerten) Impuls auf Körper zu übertragen, wenn sie reflektiert werden. Es reicht also nicht zu argumentieren, dass der Spiegel, ein Makrokörper, in einen Quantenzustand versetzt wird.
In diesem Kommentar betrachten Sie eine andere Situation. Im OP und in meiner Antwort betrachten wir eine Optik mit 50% Transmission und 50% Reflexion. Wenn das Photon auf diese Optik trifft, geht es in eine 50-50-Überlagerung nach links und rechts. Auch die (makroskopische) Optik geht in eine 50-50-Überlagerung von bewegt und nicht bewegt. In diesem Kommentar betrachten Sie eine Optik, die zu 0% durchlässig und zu 100% reflektierend ist. Wenn das Photon darauf trifft, befindet sich das Photon folglich in einer 100-0-Überlagerung von Reflektieren/Durchlassen, ähnlich befindet sich der Spiegel in einer 100-0-Überlagerung von Rückstoß/Nicht-Rückstoß.
Mit anderen Worten, bei einer 100 % reflektiven Optik tritt nie etwas in eine Überlagerung ein. Sie behaupten: "Das Problem bei dieser Antwort ist, dass alle Makrokörper nach allen Reflexionen in einen Quantenzustand der Überlagerung versetzt werden, bis eine 'Erkennung' auftritt, um die Unbestimmtheit auf die eine oder andere Weise aufzulösen." Diese Aussage ist falsch. Meine Antwort impliziert NICHT, dass "alle Makrokörper in einen Quantenzustand der Überlagerung versetzt werden". Die Optik wird nur dann in eine Überlagerung versetzt, wenn das Photon, das sie trifft, in eine Überlagerung übergeht.
Sie sagen: "Bei einer 100% reflektierenden Optik tritt niemals etwas in eine Überlagerung ein". Aber das ist offensichtlich falsch: Die Photonenwellenform ist selbst eine Überlagerung, wobei die Wahrscheinlichkeit, das Photon zu „erfassen“, durch die Amplitude der Welle gegeben ist – das zeigt das Doppelspaltexperiment. Der halbdurchlässige Spiegel ist nur ein Spezialfall, der besonders einfach zu testen wäre (ist er getestet worden?). Der Punkt ist, dass Photonen im Allgemeinen in Überlagerung existieren, wenn sie sich als Wellen ausbreiten und beugen usw., und dennoch verursachen sie immer noch Strahlungsdruck, dh übertragen einen bestimmten Impuls.
Es scheint, dass Sie missverstehen, was ein Photon ist und was mit der Photonenwellenform gemeint ist. Ein Photon ist eine Anregung einer bestimmten räumlichen Mode des elektromagnetischen Feldes. Beispielsweise könnte diese räumliche Mode eine ebene Welle sein, die sich nach rechts ausbreitet. Die "Wellenform" dieses Photons ist die ebene Welle. Es stimmt also, dass das Photon räumlich delokalisiert ist. Der Impuls des Photons ist jedoch wohldefiniert und wandert nach rechts. Es befindet sich nicht in einer Impulsüberlagerung. Trifft dieses Photon auf einen 50-50-Strahlteiler, spaltet es sich nun in eine Überlagerung aus positivem und negativem Impuls auf.
Diese Kommentare werden langwierig und vielleicht wäre es am besten, diese Diskussion in einen Chat zu verschieben. Leider weiß ich nicht wie man das macht. Ich verlasse Sie mit der Aussage, dass das Photon bei einem 50-50-Strahlteiler in eine 50-50-Impulsüberlagerung eintritt und bei einem perfekt reflektierenden Spiegel das Photon von nur positivem Impuls zu nur positivem Impuls wechselt. Keine Impulsüberlagerung.
Wir scheinen uneins darüber zu sein, ob ein Photon typischerweise einen wohldefinierten Impuls hat. Ein Photon wird jedoch nicht als ebene Welle von einem Orbitalelektron emittiert und kann daher nicht nur anhand der Fourier-Moden des EM-Felds definiert werden. Ein typisches Photon strahlt, beugt, reflektiert usw., während es sich so bewegt, dass es keinen genau definierten Impuls hat, sondern sich in einer „Überlagerung“ verschiedener Impulse befindet. Doch Photonen in diesen strahlenden, beugenden, reflektierenden Wellenformen mit nicht genau definiertem Impuls üben immer noch Strahlungsdruck aus, so dass der Impuls der Wellenformen jederzeit berücksichtigt werden muss.
OK. Ich denke, Sie haben etwas von der Verwirrung getroffen. Ich stelle mir zum Beispiel ein Photon vor, das von einem Laser kommt. Wenn wir an Optik (Strahlteiler, Spiegel) denken, denken wir normalerweise an Photonen, die als ebene Wellen angenähert werden können, also stelle ich mir ebene Wellenphotonen vor, dh Photonen mit wohldefinierten Impulsen. In dieser Situation macht alles, was ich sage, Sinn. Mir ist nicht klar, was du dir vorstellst und vielleicht würde mir ein Bild helfen. Sie scheinen sich Atome vorzustellen, die Photonen emittieren und absorbieren, aber wo befinden sich diese Atome in Bezug auf den Spiegel / Strahlteiler?
In jedem Fall kann man sich als allgemeine Regel vorstellen, dass in jedem "Zweig" der Überlagerung der Impuls erhalten bleibt. Nehmen Sie Folgendes an. Angenommen, ein Atom sendet ein Photon in einem radialen Muster aus. Das heißt, das Photon befindet sich in einer Überlagerung vieler Impulszustände. Nun, ebenso muss sich das Atom in einer Überlagerung von entgegengesetzten Impulszuständen befinden. Stellen Sie sich vor, Sie haben Detektoren, die das Atom umgeben. Wenn ein Detektor rechts vom Atom das Photon erkennt, wissen Sie, dass das Atom nach links zurückprallt. Wenn ein Detektor über dem Atom das Photon erkennt, dann prallt das Atom nach unten usw.
Diese Antwort wäre sinnvoll (und war das, was ich ursprünglich dachte), wenn Photonen in diesem Überlagerungszustand nichts beeinflussen könnten, während sie darin verbleiben. Aber wir wissen, dass sie es können - das ist der Strahlungsdruck (oder zumindest der Beitrag, der von Reflexion und Beugung kommt). Reflexion "kollabiert" eine Photonenwellenfunktion nicht, trägt aber dennoch zum Strahlungsdruck bei. Aber wenn eine Wellenform in Überlagerung von Impulszuständen in diesem Zustand Impuls vermitteln kann (und dabei erkannt wird), muss ihr Impuls vollständig berücksichtigt werden - daher meine Frage.
Wenn ein Quantenobjekt (Atom, Photon, was auch immer), das sich in einer Superposition befindet, mit etwas interagiert, tritt das Ding, mit dem es interagiert, auch in eine Superposition ein. Der Impuls wird in jedem "Zweig" der Superposition konserviert. Mehr kann ich im Moment nicht sagen. Vielleicht können Sie Ihre Frage im Lichte der Diskussion, die wir hatten, noch einmal formulieren. Noch besser, Sie könnten ein Bild zeichnen, um genau zu veranschaulichen, was Sie stört.
Ok, ich habe die Frage angesichts dieser Diskussion umgeschrieben - danke. Wenn es immer noch unklar ist, könnte ich versuchen, ein Bild zu zeichnen.
Photonen befinden sich niemals in Überlagerung oder lokalisierten sich bewegenden Teilchen, die sich etwas nähern. Sie sind delokalisierte Normalmoden oder Quanten eines Feldes.
@JanBos Ein Photon kann sich in einer Überlagerung befinden, indem es mehrere normale Modi des Feldes besetzt.
@jgerber Das Zerlegen von Photonenerzeugungsoperatoren in die Feldoperatoren bringt IMHO das Pferd hinter den Karren. Aber selbst wenn Sie dies tun, sind sie nicht lokalisiert oder können als wandernde Partikel angesehen werden, wie das OP fälschlicherweise verstehen könnte, und sie können auch nicht geteilt werden. Sie werden als Ganzes über den gesamten Raum erzeugt oder vernichtet, wobei die goldene Regel von Fermi verwendet wird, um die Wahrscheinlichkeit dieser Ereignisse zu beschreiben.
Wird der Photonenrückstoß eines Atoms bei Absorption durch einen Strahlteiler beeinflusst?
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