¿Cómo refutar la negación de la existencia de los fotones?

Question

Recientemente me he encontrado con varios ingenieros que no "creen" en los fotones. Creen que experimentos como el efecto fotoeléctrico pueden explicarse con campos EM clásicos + niveles de energía cuantizados en los átomos. Hay un artículo de Lamb de 1995 en esta línea titulado "Anti-fotón".

¿Cuáles son algunos experimentos fáciles de entender que demuestren la existencia de los fotones, que pueda señalar en las discusiones con los defensores de los antifotones?

Answer 1

La cuestión aquí, creo, no es la existencia de fotones, sino el hecho de que la gente pueda elegir la terminología y los conceptos que le parezcan atractivos.

La palabra fotón se acuñó hace mucho tiempo para una idea que dista bastante de las opiniones actuales sobre la luz y el significado de la palabra ha ido evolucionando muchas décadas.

En una situación, el fotón es un punto en la pantalla del detector; en otra, es algo que se extiende por todo el montaje experimental; en otra, es un cuanto de energía que se absorbe en una pequeña región del espacio comparable a un átomo.

Un uso tan liberal de una palabra puede no gustar a las personas a las que les gustan los términos generales y claros, razón por la cual podrían preferir el término campo EM (incluso en la teoría cuántica) en su lugar.

Las posibilidades de modelización matemática de la luz mediante campos continuos han evolucionado hasta el punto de poder dar cuenta de muchos experimentos que antes se creía que requerían la idea de partículas de luz. El efecto fotoeléctrico, el experimento de la doble rendija o la radiación del cuerpo negro pueden abordarse desde el punto de vista matemático, en el que la luz se describe mediante campos continuos.

Al final, la explicación de un experimento relacionado con la luz con palabras y matemáticas no es más que eso, y no demuestra nada sobre en qué "consiste realmente" la luz.

Answer 2

Yo les diría que releyeran y entendieran ese artículo, y que sepan que pocos espectroscopistas estarían en desacuerdo con él. La cuestión es que demasiada gente utiliza la palabra "fotón" sin saber qué es realmente un fotón o en qué contexto puede utilizarse. Para la inmensa mayoría de las aplicaciones basta con una concepción semiclásica del campo de radiación. El autor quiere dejar de utilizar la palabra, no negar la existencia real de esa entidad, tal como se define mediante un tratamiento QED riguroso del campo de radiación.

Answer 3

Las estadísticas de recuento de fotones no siempre pueden explicarse mediante campos clásicos. En estos experimentos, el estado del campo se controla continuamente mediante un fotodetector. Creo que representan una de las demostraciones experimentales más claras de la naturaleza cuántica del campo de radiación.

Por ejemplo, al observar la emisión de fotones de un solo átomo, nunca se detecta un segundo fotón emitido inmediatamente después del primero. Esto se debe al hecho de que, tras un evento de emisión espontánea, el campo de radiación se encuentra en un estado Fock con un número bien definido de fotones. Este efecto de "anti-bunching" fue observado por Kimble et al. en 1977 y se describe a continuación aquí . No es posible explicar la distribución experimental de la intensidad como derivada de un campo eléctrico clásico subyacente, incluso si permitimos que el campo fluctúe estocásticamente. Así pues, se hizo necesaria la teoría cuántica de la luz.

Nótese que estas conclusiones no dependen del uso de tubos fotomultiplicadores en los detectores ni de nada que tenga que ver con el efecto fotoeléctrico. Sólo se necesita algún dispositivo capaz de medir la intensidad de la luz con suficiente resolución temporal.

Answer 4

Los fotones se observan como radiaciones con un espín determinado y otras propiedades. Como tales, existen.

Pero según los principios de dilatación del tiempo y contracción de la longitud, desde su (hipotético) punto de vista propio, se reducirían a un único impulso. Su tiempo propio sería cero, la distancia de su geodésica (y también el intervalo espaciotiempo) se reduciría a cero. Eso significa que desde su (hipotético) punto de vista, nada se estaría moviendo - sólo un momento transmitido directamente sin onda de un electrón a otro, ninguna partícula.

Por supuesto, esto es una realidad hipotética y calculada porque los fotones no son observadores y no tienen marco de referencia. Pero según los principios de dilatación del tiempo y contracción de la longitud, también podemos estar seguros de que nuestra observación no se corresponde con la realidad.