Springen naar inhoud

Kan één foton een interferentie patroon opleveren?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

markoez

    markoez


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 09:48

Hallo,

Zojuist las ik een artikel waarin wordt uitgelegd dat er één enkel foton door een miniscuul gaatjespatroon is gestuurd (de gaatjes vormden letters). Het gaatjespatroon is vervolgens gereconstrueerd aan de hand van het interferentiepatroon dat ontstond als het foton het patroon is gepasseerd. Mijn vraag is hoe dit kan met 1 foton?

Ik meen me te herinneren van mijn natuurkundelessen dat één enkel deeltje maar op één plaats kan zijn als je het waarneemt. Als je in zeer slow motion naar een interferentiepatroon van een dubbelspleet-experiment kijkt dan zie je dat het wordt opgebouwd door individuele "inslagen" van fotonen. Er zijn meer inslagen bij de maxima en geen bij de minima. Al die inslagen zorgen samen voor het patroon. Eén enkel foton (of deeltje) zorgt dus zelf niet voor een interferentiepatroon.

Hoe zit dat dan bij het experiment in het artikel? Hoe kun je een interferentie patroon bepalen met slechts 1 deeltje? Je kunt het interferentie patroon toch niet waarnemen zonder het foton waar te nemen en het foton kan maar op één plaats zijn...[/url]

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24049 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 januari 2007 - 10:45

Dat klopt, maar dan begeef je je al op het gebied van de quantumfysica. Zie bijvoorbeeld deze zoekopdracht.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#3

joachimds

    joachimds


  • >25 berichten
  • 31 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 10:48

ja, een foton heeft zowel een deeltjes- als een golfkarakter en kas dus intereferentiepatronen opleveren.

#4

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 januari 2007 - 11:38

wat je zegt is correct. Je neemt een foton maar op een plaats tegelijk waar. Toch is er een interferentie van het foton met zichzelf. Immers, de waarschijnlijksdistributie voor de positie van het foton is een interferentiepatroon. De distributie is niet de som van de distributies die gelden wanneer het deeltje door 1 gat tegelijk gaat. Met andere woorden, het foton (en dit gaat ook voor het elektron) interfereert met zichzelf en gaat door beide gaten tegelijkertijd.

Ik vermoed dat je dat allemaal wel wist. Het artikel is m.i. een beetje misleidend. Men gebruikt een golfpakket in het experiment, en dus niet 1 foton (wel 1 pakket van "aan elkaar geklitte fotonen") . Je kan dan kijken hoe deze frequenties met mekaar interfereren, waardoor je de gewenste informatie kan achterhalen.

Natuurlijk zou het voor alle zekerheid beter zijn het echte artikel te vinden. Toch lijkt voorgaande uitleg me plausibel, want hoewel een foton met zichzelf interfereert, kan je het interferentiepatroon inderdaad niet meten met maar 1 foton.

#5

Rude

    Rude


  • >250 berichten
  • 393 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 12:05

Is dat niet stiekem gewoon het gevolg van oppervlakte plasmonen? http://en.wikipedia.org/wiki/Plasmon
en dus verder een normaal dubbelspleet experiment...
Het is zwart met een witte dop en het lijnt je opstelling uit... Calibrero
Het is groen en het synchroniseert je signaal... Kermit de Trigger
Als je teveel energie hebt, kun je beter een andere baan zoeken.

#6

markoez

    markoez


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 12:11

Bedankt eendavid. Je snapt precies wat ik bedoel.

Het rare is alleen hetvolgende. In het artikel op kennislink staat "Het team van (...) gaat nu een kwantumstap verder en slaat het logo van hun universiteit op in een foton". Ze hebben het dus echt over 1 enkel foton en niet over een golfpakket. Vandaar dat ik het artikel niet begreep. Je reactie versterkt mijn onbegrip.

Iemand nog enig idee?

#7

reindern

    reindern


  • >100 berichten
  • 125 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 12:27

Ik heb het artikel niet gelezen dus misschien zit ik er naast maar indien je 1 foton op een 2-spleten experiment (of een logo van gaatjes) afschiet zal het (indien het door het scherm met gaatjes/spleten heen gaat) alleen terecht kunnen komen op plekken die interferentie toelaten. In die zin 'interfereert' een foton dus 'met zichzelf'.

Mathematisch wordt het foton in de QM beschreven met (meestal een gaussisch) golfpakket. Dit golfpakket is dus een wiskundige representatie van 1 foton. Na het scherm met gaten/spleten zal deze representatie veranderen (het foton raakt in een superpositie) en het golfpakket dus een iets andere vorm hebben (namelijk de som van alle gaussische golfpakketjes die je zou krijgen als je uit elke spleet/gat in het scherm een foton zou sturen). Nog steeds beschrijft dit golfpakket 1 foton, maar door de verandering zou je (kort door de bocht) inderdaad kunnen zeggen dat in dit golfpakket/foton informatie is opgeslagen; namelijk de vorm van de spleten of gaatjes.

#8

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 januari 2007 - 12:41

Ik heb het artikel niet gelezen dus misschien zit ik er naast maar indien je 1 foton op een 2-spleten experiment (of een logo van gaatjes) afschiet zal het (indien het door het scherm met gaatjes/spleten heen gaat) alleen terecht kunnen komen op plekken die interferentie toelaten. In die zin 'interfereert' een foton dus 'met zichzelf'.

Mathematisch wordt het foton in de QM beschreven met (meestal een gaussisch) golfpakket. Dit golfpakket is dus een wiskundige representatie van 1 foton. Na het scherm met gaten/spleten zal deze representatie veranderen (het foton raakt in een superpositie) en het golfpakket dus een iets andere vorm hebben (namelijk de som van alle gaussische golfpakketjes die je zou krijgen als je uit elke spleet/gat in het scherm een foton zou sturen). Nog steeds beschrijft dit golfpakket 1 foton, maar door de verandering zou je (kort door de bocht) inderdaad kunnen zeggen dat in dit golfpakket/foton informatie is opgeslagen; namelijk de vorm van de spleten of gaatjes.


het probleem is het volgende:
één foton interfereert met zichzelf, en bevat inderdaad de volledige interferentie-informatie. Maar, wanneer je meet, zal je projecteren naar 1 eigentoestand (van plaats) en verlies je al die informatie. Een golfpakket is niet "één foton" maar een superpositie van fotonen. één foton heeft immers een welbepaalde energie (dus golflengte). Alvorens ik dit standpunt opgeef (en dus de terminologie van kennislink gelijk geef) zou ik het artikel zelf willen zien. (of een uitleg hoe je dat projectieprobleem zou oplossen)

Rude, hoe zou je de oppervlakplasmonen juist dit euvel zien overwinnen?

#9

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24049 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 januari 2007 - 12:58

Een golfpakket is niet "één foton" maar een superpositie van fotonen. één foton heeft immers een welbepaalde energie (dus golflengte).

Komt hier quantumfysica niet even kijken: er is niet zoiets als een "welbepaalde energie", wanneer je het aantal fotonen exact kent.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#10

markoez

    markoez


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 13:16

Ik heb de auteur van het kennislink artikel om opheldering gevraagd. Hij zal het originele wetenschappelijke artikel gelezen hebben. Wordt vervolgd...

#11

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 januari 2007 - 13:20

Komt hier quantumfysica niet even kijken: er is niet zoiets als een "welbepaalde energie", wanneer je het aantal fotonen exact kent.

er is niet zoiets als een welbepaalde energie als de levensduur van het foton eindig is. dit heeft verder geen implicaties voor de redenering. Het projectiepostulaat is overigens op en top quantummechanica.

Kijk, in feite is de ganse zaak behoorlijk ingewikkeld als je de beschrijving van het foton kwantummechanisch correct wil doen. gupta-bleuler theorie enzo. Maar op dit niveau krijg je creatieoperatoren die een het veld een welbepaalde energie geven (creatie van een kwantum). Je kan dit zien zoals de quanta van de harmonische oscillator, waarbij de ladderoperatoren leiden tot een toevoegen van een energiekwantum LaTeX . Maar ik denk dat we hiermee afwijken van wat nodig is voor het beantwoorden van de vraag.

#12

Gieljan

    Gieljan


  • 0 - 25 berichten
  • 1 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 januari 2007 - 13:49

Beste wetenschapsforummers, Markoez mailde mij (Gieljan de Vries, auteur van het Kennislinkartikel) zijn vraag over "Schrijven op een lichtdeeltje". Ik dacht eerst dat ik de uitleg zo op kon schrijven, maar kwam net als hij in de knoop bij het interferentiepatroon in het foton. Even googelen leverde op dat ik me gewoon keihard vergist had. Niks kwantumschrijven op een enkel foton:

"How Can a Single Photon Produce a Whole Image?
Short answer: it can't"
http://www.sciam.com...B64CF41CFBB5B91

Goede titel trouwens.

Het gaat in het originele stuk niet over schrijven op 1 foton, maar over succesvol opbouwen van een afbeelding met duizenden fotonen, ook als die fotonen individueel worden uitgezonden. Ze gaan gewoon als deeltjes door de gaatjes in het patroon heen en knallen dan in een rechte lijn op een fotogevoelige detector, ook als ze in een cesiumcel tijdelijk worden opgehouden.

Long story short: gewoon een flinke vergissing van mij. Dank aan Markoez voor de kritische blik, excuus voor de gepubliceerde onzin (als het nou 1 april was...) en de rectificatie op Kennislink komt eraan.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures