P 66: Eigenschaften von Photonen

 10.3. Überblick über Eigenschaften von Photonen

Manche dieser Eigenschaften werden wir später noch näher begründen, manche sollen hier nur der Vollständigkeit  halber erwähnt werden, über manche haben wir schon gesprochen..

E1: Photonen haben eine Masse, aber keine Ruhemasse: m = h/(λ*c)

E2: Photonen haben einen Impuls p= h/λ

E3: Photonen haben keine Ausdehnung und somit keine innere Struktur

E4: Photonen haben einen Drehimpuls, genannt Spin der Größe S = h/(2π). Die Rotationsachse kann nur parallel zur Flugrichtung ausgerichtet sein, das Photon kann sich dann nur bezüglich dieser Achse links- oder rechtsherum mit genau dieser Stärke S drehen. Andere Drehimpulse oder Drehimpulsrichtungen sind nicht möglich.

E5: Photonen kann man räumlich stark lokalisieren

E6: Photonen übertragen Energie, Impuls und Drehimpuls

E7: Photonen unterliegen dem Energie- und dem Impulserhaltungssatz (Ausnahmen in der Quantenfeldtheorie später)

E8: Es gibt keinen Erhaltungssatz der Photonen

E9: Photonen können von Materie emittiert oder absorbiert werden

E10: Die Bewegung des Senders von Photonen spielt für die Bewegung der Photonen keine Rolle, d.h. die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich groß, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle.

E11: Ausbreitungsgeschwindigkeit unabhängig von der Energie: c ist für alle Wellenlängen im Vakuum gleich groß

E12: Photonen sind mit Welleneigenschaften verknüpft: E = h*f = h*c/λ

E13: Photonen können klumpen: Das nennt man Bunching, d.h. Photonen hängen gerne miteinander ab...

 

E14: Photonen sind keine Individuen, d.h. Photonen gleicher Energie und gleichem Spins sind ununterscheidbar.

E15: Photonen besitzen keine Flugbahnen: Das wird uns in den nächsten Posts beschäftigen....

Ergänzend:

E16: Photonen können gequetscht werden (Squeezing): Damit kann man sie genauer lokalisieren. Das war das Konzept, mit denen der Gravitationswellennachweis durch Michelson-Morley-Interferometer gelang.

 

E17: Photonen können sich nichtlinear verhalten: Bei sehr hohen Lichtintensitäten treten nichtlineare Effekte auf: Photonen können sich aufteilen oder verbinden. Es kann Frequenzverdopplung eintreten. So funktionieren z.B. grüne Laser: In einem Kristall können  IR-Photonen durch Frequenzverdopplung zu grünem Licht werden.

 

E18: Photonen erzeugen ihren Drehimpuls nicht durch eine Drehung: Sie müssten sich sonst mit Überlichtgeschwindigkeit drehen. Der Spin eines Photons ist eine innere Eigenschaft, die sich manchmal wie Drehimpuls verhält.

E19: Photonen sind zeitlos: Da sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, vergeht für sie keine Zeit. 

E20: Photonen sind an Interferenzen beteiligt. Wie, müss#en wir noch sehen.

Aufgabe:

Teilt einmal diese Eigenschaften in drei Gruppen:

- Passt zu meiner Vorstellung als Teilchen

- Widerspricht meiner Vorstellung als Teilchen

- Ist komplett strange und unverständlich

Eine Eigenschaft kann in mehreren Gruppen vorkommen.

Was meint ihr: Sind Photonen Teilchen?

 Übrigens...

Die berühmte Lichtmühle funktioniert nicht mit dem Photonenimpuls. Der ist viel zu klein, sondern Ursache ist dieErwärmung  an schwarzen und hellen Flächen. Würde sie durch den Photonenimpuls in Drehung geraten, müsste sie sich genau anders herum als beobachtet drehen...

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