Optica cuantică este un câmp al fizică cuantică care se ocupă în mod specific de interacțiunea din fotoni cu materia. Studiul fotonilor individuali este crucial pentru a înțelege comportamentul undelor electromagnetice în ansamblu.
Pentru a clarifica exact ce înseamnă acest lucru, cuvântul „cuantic” se referă la cea mai mică cantitate din orice entitate fizică care poate interacționa cu o altă entitate. Prin urmare, fizica cuantică se ocupă cu cele mai mici particule; acestea sunt particule sub-atomice incredibil de mici care se comportă în moduri unice.
Cuvântul „optică”, în fizică, se referă la studiul luminii. Fotonii sunt cele mai mici particule de lumină (deși este important să știm că fotonii se pot comporta atât ca particule cât și ca unde).
Dezvoltarea opticii cuantice și teoria fotonului luminii
Teoria conform căreia lumina se mișca în pachete discrete (adică fotoni) a fost prezentată în lucrarea din 1900 a lui Max Planck despre catastrofa ultravioletă din radiații ale corpului negru
. În 1905, Einstein s-a extins pe aceste principii în explicația sa efect fotoelectric pentru a defini teoria fotonului luminii.Fizica cuantică s-a dezvoltat prin prima jumătate a secolului al XX-lea în mare parte prin lucrarea noastră pentru înțelegerea modului în care fotonii și materia interacționează și se inter-relaționează. Aceasta a fost însă privită ca un studiu asupra problemei implicate mai mult decât lumina implicată.
În 1953, s-a dezvoltat maserul (care a emis microunde coerente) și în 1960 cu laser (care a emis lumină coerentă). Pe măsură ce proprietatea luminii implicate în aceste dispozitive a devenit mai importantă, optica cuantică a început să fie utilizată ca termen pentru acest domeniu de studiu specializat.
constatări
Optica cuantică (și fizica cuantică în ansamblu) consideră că radiațiile electromagnetice călătoresc atât sub formă de undă cât și de particule în același timp. Acest fenomen se numește dualitatea undă-particule.
Cea mai comună explicație a modului în care funcționează acest lucru este că fotonii se mișcă într-un flux de particule, dar comportamentul general al acestor particule este determinat de un funcția de undă cuantică care determină probabilitatea ca particulele să se afle într-o locație dată la un moment dat.
Luând concluzii din electrodinamica cuantică (QED), este posibilă și interpretarea opticii cuantice sub forma creării și anihilării fotonilor, descrise de operatorii de câmp. Această abordare permite utilizarea anumitor abordări statistice care sunt utile în analiza comportamentului luminii, deși este cazul reprezintă ceea ce se desfășoară fizic este o problemă a unor dezbateri (deși majoritatea oamenilor o consideră doar un util matematic model).
Aplicații
Laserele (și maserele) sunt aplicația cea mai evidentă a opticii cuantice. Lumina emisă de la aceste dispozitive este într-o stare coerentă, ceea ce înseamnă că lumina seamănă îndeaproape cu o undă sinusoidală clasică. În această stare coerentă, funcția de undă mecanică cuantică (și deci incertitudinea mecanică cuantică) este distribuită în mod egal. Lumina emisă de la un laser este, prin urmare, foarte ordonată și, în general, limitată la esența aceleiași stări energetice (și deci la aceeași frecvență și lungime de undă).