Frage von orojuba, 67

Interagieren Photonen miteinander?

Wie verhalten sich photonen im lichtstrahl von einer lichtquelle ausgehend wenn diese einen anderen lichtstrahl durchqueren der sagen wir mal waagerecht su dem ersten verläuft.?

Welle oder teilchen? Werdernoch...Findet eine verstreung wie man das von partikeln erwarten würde statt oder eine leichte verschmelzungwie man es von wellen kennt?

Danke im voraus

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 44

Die Maxwell-Gleichungen sind linear, d. h. elektromagnetische Wellen überlagern sich, ohne sich zu stören, von daher dürften Photonen nicht miteinander reagieren. Auch als Quasiteilchen aufgefasst nicht.

Aber z. B. bei der Elektron-Positron-Annihilation entstehen zwei oder drei Photonen. Wegen der Umkehrbarkeit physikalischer Vorgänge muss es also auch möglich sein, dass zwei Photonen ein Elektron-Positron-Paar bilden, oder allgemeiner: miteinander wechselwirken.

Wegen der Unschärferelation ist dies auch möglich, wenn die Photonen in ihrem Schwerpunktsystem zu wenig Energie haben, um ein solches Paar zu erzeugen, solange das Paar nur schnell genug wieder in zwei Photonen zerfällt. Diese Photonen können natürlich im Schwerpunktsystem beliebige entgegengesetzte Richtungen haben. Das wäre eine Photon-Photon-Streuung.

Offensichtlich ist das aber so selten, dass man es fast nicht beobachten kann. (Jedenfalls bei üblichen Photonenenergien und Intensitäten.)

Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 32

In nichtlinearen Medien, bei genügend hoher Intensität, interagiert Licht mit Licht.

Voriges Jahr wurde an der TU Wien gezeigt, daß auch zwei einzelne Photonen miteinander wechselwirken können.

https://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/9076/

Kommentar von orojuba ,

Wenn bei dem experiment das licht nicht beobachtet wird müsste es sich aber wie eine welle wieder verhalten wie beim doppelspalt experiment oder?

Antwort
von Reggid, 44

zwei photonen können miteinander wechselwirken und aneinander streuen, aber diese wechselwirkung ist sehr sehr schwach.

https://en.wikipedia.org/wiki/Two-photon_physics

Antwort
von NoHumanBeing, 14

Photonen sind Eichbosonen, "virtuelle Teilchen", welche die elektromagnetische Wechselwirkung vermitteln. Man spricht ihnen Teilchencharakter zu, um sie im Rahmen der Quantenmechanik beschreiben zu können, wo sie eben Teilchencharakter haben "müssen", um in den Formalismus zu passen, daher der ganze "Dualismus".

Beugung, Brechung, Interferenz, sind alles Welleneigenschaften. Der Energieaustausch bei der Wechselwirkung mit Materie mag quantisiert sein, also nur in diskreten Energieportionen verlaufen, das bedeutet aber noch lange nicht, dass dort tatsächlich "klassische" Teilchen durch die Gegend "flitzen".

Also ja, die elektromagnetischen Wellen durchdringen einander natürlich. Es findet einfach eine Überlagerung/Interferenz statt. Je nach Phasenlage kann man mit schmalbandigen ("monochromatischen") Lichtbündeln auch "stehende Wellen" erzeugen.

Kommentar von Reggid ,

..."virtuelle Teilchen",...

photonen sind keine virtuellen teilchen, sondern ganz normale teilchen wie alle anderen auch (in dem sinne was mit "teilchen" in einer quantenfeldtheorie eben gemeint ist).

der ausdruck "virtuelle teilchen" hat in der physik eine bedeutung, nur eben eine andere.

Kommentar von NoHumanBeing ,

Ok, das war offensichtlich der falsche Begriff.

Es sind jedenfalls "Austauschteilchen" (Eichbosonen). Sie vermitteln die elektromagnetische Wechselwirkung. Sie "fliegen aber nicht durch den Raum". Der Energieaustausch zwischen Feld und Materie ist quantisiert. Das Feld selbst ist soweit ich weiß kontinuierlich. Oder zumindest kann man es, soweit ich informiert bin, nicht von einem Kontinuum unterscheiden.

Nur weil Energie nur in diskreten Einheiten "heraus" und "herein" darf (d. h. zwischen Feld und Materie übergehen darf), bedeutet es ja nicht, dass sie "überall dazwischen" auch quantisiert ist. Soweit ich weiß, sehen wir nur die Quantisierung der Wechselwirkung. (Und schon die ist eher schwierig festzustellen.)

Quantenobjekte sind ja bekanntlich "nichtlokal". Meines Erachtens ein ziemlich starker "Hinweis" darauf, dass es eben doch keine "Objekte" im eigentlichen Sinne sind. Der "Dualismus" macht schon sehr den Eindruck, dass die Theorie, gelinde gesagt, "unvollständig" (um nicht zu sagen: "falsch") ist. (Es ist Welle, es ist Teilchen, es ist ... "irgendwie beides".) Die Tatsache, dass die Gravitation sich jedem Versuch widersetzt, sie mit der Quantentheorie zu vereinen, macht es nicht besser.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community

Weitere Fragen mit Antworten