Tengo entendido que se puede medir la absorción de un solo fotón utilizando un tubo fotomultiplicador o un CCD.
¿Se puede medir la emisión de un solo fotón controlando la corriente que pasa por un LED o el retroceso de un ion emisor?
El fotón es una partícula. Tendrá interacciones con las partículas, es decir, la dispersión de los electrones y/o el derrame de los campos eléctricos y magnéticos de los sólidos, ( por ejemplo Dispersión Compton ) , pero la probabilidad de ionización es muy baja, en contraste con una partícula cargada. Una vez que se dispersa inelásticamente, su frecuencia y dirección cambiarán y no se puede concebir un montaje que pueda llamarse "de control" porque no se puede acumular corriente por un fotón sin cambiar drásticamente lo que se intenta detectar.
![gamma beam]()
En la fotografía de la cámara de burbujas anterior vemos lo siguiente :
Un rayo gamma (fotón de alta energía) procedente de la parte superior e invisible (debido a la baja tasa de interacción), sólo sabemos que está ahí después de que interactúa por una dispersión con un electrón de un átomo del líquido de la cámara de burbujas.
En el primer vértice vemos un par electrón positrón y y el electrón de retroceso sobre el que se dispersa el gamma. El segundo vértice es otro par electrón positrón, más energético, por el gamma dispersado, esta vez en el campo de un núcleo, (porque no hay una tercera partícula visible, el núcleo es mucho más pesado que un electrón y gran parte de la energía gamma se ha perdido por la segunda dispersión ha retrocedido menos de unas pocas micras de distancia ).
¿Es posible detectar el mismo fotón emitido y posteriormente absorbido?
Como se ve en la foto de arriba, el proceso de detección implica interacciones y las interacciones cambian la configuración. En el caso del fotón energético de arriba podemos decir que es el mismo fotón el que crea los dos pares porque el montaje de las cámaras de burbujas está construido de tal manera que llegan pocos gammas para cada foto , tomada en coincidencia con la producción del haz. Las energías son tales que se puede hacer un "mapeo" macroscópico, pero no se puede identificar la interacción que produjo el gamma en el haz con el gamma final en la cámara. Sólo estadísticamente.
El problema sería similar para la energía baja, y peor que ver las dos dispersiones aquí. La absorción significa que se ha producido una interacción de nivel atómico y que el fotón ha pateado un electrón hasta un nivel de energía superior. Esto es lo que se ve en las CCds y en las fotos, absorción de los fotones, pero para conectar con la fuente átomo sería muy difícil, y no vale la pena el esfuerzo ya que es fácil hacerlo estadísticamente.
Supongo que se puede confirmar que se trata del mismo fotón si el intervalo espaciotemporal entre los dos sucesos es cero.
La velocidad de la luz es un número bien medido, pero no con fotones individuales. Es una medida estadística.
Edición: la pregunta se ha ampliado mientras respondía
Después de detectar la emisión del fotón, pero antes de registrar su absorción, ¿es real o virtual?
Véase la explicación de lo virtual en esta respuesta . El fotón es real tanto como los electrones en la foto de arriba. Sólo tiene una probabilidad mucho menor de interacciones ionizantes y su huella no se hace visible como la de los electrones.
Supongo que un cálculo QED procedería bajo el supuesto de que el fotón es virtual, pero si se ha medido su emisión, seguramente debería tratarse como real.
Un cálculo QED se refiere al marco mecánico cuántico, de nanómetros y menos . A Diagrama de Feynman para la imagen anterior se escribiría teniendo como líneas externas el gamma entrante, un gamma virtual del electrón interactuando con él y generando un par e+e- real. La segunda interacción tendría un núcleo que emite un gamma virtual que se convierte en un par e+e-.
![pair production]()
Z es el núcleo en el diagrama más simple de arriba (tiene que haber una tercera partícula involucrada debido a la conservación del momento). El gamma de Z es virtual, al igual que el electrón intermedio. Los e+e- son reales. Para describir la interacción en la foto de la cámara de burbujas, es decir, una dispersión Compton del gamma y la creación de un par e+e- se necesitarán más intercambios virtuales, pero no cambiaría la realidad del gamma final entrante y saliente
¿Hay una paradoja aquí?
No, porque escribir un único diagrama de Feynman para un sistema macroscópico tiene poco sentido. Lo que es virtual y lo que es real es una cuestión de marco y para describir sistemas macroscópicos de forma mecánica cuántica se entra en una gran complejidad y se tiene que utilizar el matriz de densidad formalismo, no las simples interacciones representadas por simples diagramas de Feynman y los intercambios virtuales que allí se producen.
