Frequenz eines Photon

[Benjamin]

Zitat von Slash

Hallo und frohe Weihnachten!

Eine Frage: Wie muss man sich es eigentlich "vorstellen" (falls möglich), wenn man von der Frequenz eines Photons spricht?

So wie ich es verstehe, ist ein Photon ein "Energiequant" mit der Energie E = f * h

Nun ist es aber so, dass ein Photon, wenn es "auftrifft" eine Art Beginn und ein Ende hat.

Wenn man die Fouriertransformation dann bildet ergibt sich ein Frequenzspektrum (denn nur ein unendlich fortdauernder Sinus hätte eine Frequenz).

Meine Fragen:
a) Was verstehe ich ggf. falsch bzw. wie muss man es sich vorstellen?

b) Von welcher Frequenz reden wir eigentlich (von der der elektrischen Felder, des magnetischen Feldes oder der der Wahrscheinlichkeitsamplitude oder aller?) ?

Viele Grüße
Slash

Zur Fourier-Transformation: Der Sinus von 0 bis Pi hat auch nur eine Frequenz, und nicht mehrere.

Ein Photon ist ein besonderer Zustand des elektromagnetischen Feldes, ein sogenannter Fock-Zustand oder "single photon state". Genau genommen ist es die stationäre Lösung der (quantenmechanischen) Amplitude einer elektromagnetischen Schwingung. Diese Schwingung kann in ihrer räumlichen Ausdehnung unendlich lang sein, aber auch nur ein halber Sinus sein, also die halbe Wellenlänge haben. Es geht nämlich um die Amplitude, nicht um die Frequenz!

Es gibt schon Ein-Photon-Zustände (single photon states), die nur exakt eine Frequenz führen (single-mode single photon state), aber die weitaus häufigeren single photon states führen mehrere Frequenzen oder sogar ein kontinuierliches Spektrum an Frequenzen (multi-mode photon states).

Der Übergang von einem angeregten Elektronenzustand in den Grundzustand in einem Atom regt einen single photon state an, der eine Unschärfe in der Frequenz (und damit Energie) hat. Man kann also mehrere Frequenzen beobachten, wenn man viele solcher Übergänge detektiert. Je kürzer die Halbwertszeit des angeregten Zustands ist, desto größer ist die Frequenzunschärfe, was an der Energie-Zeit-Unschärferelation liegt.

Es ist tatsächlich so, dass der Photonenzustand mehrere Frequenzen beinhaltet und nicht eine exakte Frequenz. Es ist eine Superposition von single-mode photon states. Ein Photon ist also ein Zustand elektromagnetischer Schwingungen mit einer exakt definierten Amplitude. Mit der Frequenz hat es zunächst einmal nichts zu tun.