Es una pregunta difícil de responder, porque en muchos sentidos no tiene sentido hablar de una trayectoria definida seguida por un solo fotón. La mecánica cuántica es intrínsecamente probabilística, por lo que lo único de lo que podemos hablar es de las probabilidades de varios resultados a lo largo de muchos experimentos repetidos con estados iniciales idénticamente preparados. Todo lo que podemos medir es algo así como el tiempo medio de viaje de un gran número de fotones que atraviesan un bloque de cristal uno tras otro.
La transmisión de la luz a través de un medio es más fácil de explicar en un sentido clásico, donde se piensa en el haz de luz como una onda que impulsa oscilaciones en los dipolos atómicos que componen el material. Cada átomo irradia entonces sus propias ondas a la misma frecuencia, pero ligeramente desfasadas. La suma de la onda inicial y la onda re-radiada es una onda que va un poco por detrás de la onda entrante, lo que explica la velocidad reducida. Un haz de luz que entra en un bloque de material tiende a continuar en la misma dirección porque la luz dispersada hacia delante de cualquier átomo individual tiende a interferir de forma constructiva con la luz dispersada hacia delante de otros átomos del material, mientras que la luz dispersada hacia los lados interfiere principalmente de forma destructiva y se anula.
Llevando esta imagen al régimen cuántico, se diría que un solo fotón que entre en el material será potencialmente absorbido y reemitido por cada uno de los átomos que componen la primera capa del material. Pero como no podemos medir directamente qué átomo absorbe, tratamos la situación matemáticamente como una superposición de todos los resultados posibles, es decir, cada uno de los átomos que absorbe y vuelve a emitir el fotón. Entonces, cuando llegamos a la siguiente capa del material, primero tenemos que sumar todas las funciones de onda correspondientes a todas las posibles absorciones y reemisiones, y cuando lo hacemos, encontramos que al igual que en el caso de la onda clásica, el resultado más probable es que el fotón continúe en la misma dirección en la que se dirigía originalmente. Entonces repetimos el proceso para todos los átomos de la segunda capa, y de la tercera, y así sucesivamente.
En una capa dada, la probabilidad de ser absorbido y luego reemitido por cualquier átomo individual es bastante pequeña, pero hay un gran número de átomos en un sólido típico, por lo que las probabilidades de que el fotón sea absorbido y reemitido durante el paso por el cristal son muy buenas. Por lo tanto, en promedio, el fotón se retrasará con respecto a uno que pasa a través de una longitud igual de vacío, dando lugar a la velocidad de transmisión más baja observada.
Por supuesto, no es posible observar la trayectoria exacta de ningún fotón, es decir, de qué átomos en concreto se dispersa, y si intentáramos hacer tal medición, cambiaría la trayectoria del fotón hasta tal punto que sería completamente inútil. Por lo tanto, cuando hablamos de la transmisión de un fotón a través de un material refractivo, asignamos al fotón una velocidad que es la velocidad media determinada a partir de muchas realizaciones del experimento del fotón único, y partimos de ahí.
