Zeit, die ein Elektron oder Atom benötigt, um ein Photon zu absorbieren

Wenn ein Atom oder Elektron ein Photon absorbiert, haben Sie vor der Wechselwirkung ein Elektron und ein Photon (möglicherweise virtuell). Danach haben Sie ein angeregtes Elektron (oder Atom). Wie lange dauert die Umstellung?

Nach meinem einfachen Verständnis ist die Änderung, wenn sie eintritt, augenblicklich. Es scheint, dass die Energieerhaltung erfordert, dass das Photon zu einem genauen Zeitpunkt verschwindet und das Elektron / Atom in einen höheren Energiezustand übergeht. Dies scheint nicht im Sinne quantenmechanischer Größen zu sein, die üblicherweise mit einer Unsicherheit verbunden sind.

Gibt es tatsächlich ein gewisses Delta-t für die Ereignisdauer?

Es scheint seltsam, dass solch ein klassischer mechanischer Begriff einer Variablen, Zeit, in QM übertragen wird.

Gute Antworten auf diese Frage könnten zwischen der Absorption eines Photons, das von einem EM-Feld in einem Fock-Zustand stammt, und dem Fall unterscheiden, in dem sich das EM-Feld in einem kohärenten Zustand befindet. Die Prozesse sind nicht völlig unterschiedlich, aber ihre Unterscheidung könnte dazu beitragen, einen weit verbreiteten Glauben zu beseitigen, dass das Universum voller einzelner Photonen ist, die herumfliegen und mit Atomen interagieren. Fock-Zustände gibt es, aber normalerweise nur in einem Labor. In der Natur haben wir meistens kohärente Zustände.
...Fortsetzung ... Die Frage der Energieerhaltung macht diese Frage noch kniffliger, weil die Vorstellung des OP, ob ein Photon da ist oder nicht, für die Quantenmechanik zu grob ist. In Quanten kann das Photon in einer Überlagerung von dort und nicht dort sein ...

Antworten (1)

Man könnte argumentieren, dass die zur Emission eines Photons erforderliche Zeit im Wesentlichen gleich der „Kohärenzlänge“ des Photons ist. Bauen Sie ein Interferometer auf, schicken Sie identische Photonen einzeln hindurch und finden Sie heraus, wie viel Weglängenunterschied erforderlich ist, um zu verhindern, dass die Photonen ein Interferenzmuster bilden. Das Photon kann man sich als Wellenpaket dieser Länge vorstellen. Diese Weglängendifferenz ist die Kohärenzlänge der Photonen. Das Photon kann man sich als Wellenpaket dieser Länge vorstellen. Heutzutage ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Laser mehrere Meter Kohärenzlänge hat, was einer Laufzeit von zehn oder mehr Nanosekunden entspricht.

Ich mag diese Antwort sehr, weil sie eine schöne experimentell messbare Möglichkeit bietet, auf die Emissionszeit zuzugreifen. Es könnte nett sein, etwas darüber hinzuzufügen, was die Kohärenzlänge beeinflusst, z. B. das Dipolmoment des atomaren Übergangs usw.
Das Problem bei dieser Interpretation ist, dass sie in der herkömmlichen Entwicklung des quantisierten EM-Feldes ("Photonen") monochromatisch sind. Ein Wellenpaket kann kein Photon sein.
Ein Problem bei der Idee, dass ein Photon monochromatisch ist, besteht darin, dass es mit einem unendlich langen Wellenzug verbunden sein müsste, um monochromatisch zu sein. Es müsste absolut keine Unsicherheit in seiner Frequenz geben, damit es monochromatisch ist. Das scheint einfach nicht zum Geist der Quantenmechanik zu passen!
Wie könnte man das argumentieren? Und was meinst du mit der "Kohärenzlänge des Photons"? Die Definition einer solchen Eigenschaft für ein einzelnes Photon ist nicht offensichtlich und hat viele Feinheiten, dh Sie verstecken nur alle Schwierigkeiten, eine "Emissionszeit" in dem Wort "Kohärenzlänge" zu erhalten. Siehe auch physical.stackexchange.com/q/259116/50583 und die verknüpften Fragen.
Natürlich kann die Messung eines einzelnen Photons nicht viel mehr als seine Energie, Ankunftszeit und Polarisation offenbaren; und kann diese Werte nur innerhalb der durch die QM-Unsicherheit festgelegten Grenzen offenlegen. Die einzige Möglichkeit, auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung dieser Werte (aus der wiederum auf die Kohärenzlänge geschlossen werden kann) zu schließen, besteht darin, Messungen an einer großen Anzahl identisch erzeugter Photonen durchzuführen. Die mit der Emission eines Photons verbundene "Zeitdauer" wäre im QM-Kontext nur statistisch messbar.
Es gibt gute Gründe, einzelnen Photonen eine Wellenpaketform zuzuschreiben, z. B.: arxiv.org/pdf/0905.4583.pdf , die die Annahme nahelegen, dass die "Kohärenzlänge eines Photons" eine physikalische Bedeutung hat.
Lassen Sie mich eine verwandte einfachere Frage stellen. Wenn in der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik der Spin eines Elektrons gemessen wird, das sich nicht in einem Eigenzustand befindet (als entweder +1/2 oder -1/2), dann kollabiert die Wellenfunktion auf das eine oder das andere. Gibt der Formalismus der Quantenmechanik in dieser Interpretation eine endliche Zeitdauer für den Zusammenbruch an oder ist er augenblicklich, oder spricht dieser Formalismus diese spezielle Frage nicht an oder definiert sie als bedeutungslos?
Ich bin skeptisch gegenüber jeder Behauptung, dass etwas "sofort" ist, wenn es um räumliche Trennung oder räumliche Ausdehnung geht.
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