Törmäävät fotonit

Mihin fotonien energia menee tai mitä niille tapahtuu jos fotoneilla on korkein mahdollinen taajuus ja törmäävät toisiinsa epäsymmetrisessä polarisaatiokentässä?

Mikä muuten on matalin taajuus mitä valolla voi olla?

Anonyymi kirjoitti:

Mihin fotonien energia menee tai mitä niille tapahtuu jos fotoneilla on korkein mahdollinen taajuus ja törmäävät toisiinsa epäsymmetrisessä polarisaatiokentässä?

Mikä muuten on matalin taajuus mitä valolla voi olla?

Lue lisää

Fotonin energialle ei periaatteessa ole mitään alarajaa. Esimerkiksi 50 Hz verkkosähkö tuottaa sähkömagneettisen kentän, jossa fotonilla on hyvin hyvin matala energia. Yhden fotonin energia on tuossa 0.0000000000002 eV eli elektronivoltin miljardisosan tuhannesosan viidesosa.

Teoria ei aseta ylärajaa fotonin energialle. Voisi ajatella että sellainen olisi tilanteessa, jossa fotonin aallonpituus on Planckin matkan suuruinen. Tuolloin fotonin energia olisi 12.2 miljardia joulea.

Suurin havaittu fotonin energia on luokkaa 450 TeV (tuhatta miljardia elektronivolttia). Kun 1 eV = 1.602E-19 J niin tuo tarkoittaa vasta 0.000072 Joulea.

https://www.sciencealert.com/the-highest-energy-photons-ever-have-been-detected-coming-from-the-crab-nebula

Valosähköisen ilmiön perusteella fotoni on olemassa.

Anonyymi kirjoitti:

Valosähköisen ilmiön perusteella fotoni on olemassa.

Onko fotoni pistemäinen, jos on niin miten pisteen aallonpituuden lyhentyminen luo uutta energiaa?

Anonyymi kirjoitti:

Onko fotoni pistemäinen, jos on niin miten pisteen aallonpituuden lyhentyminen luo uutta energiaa?

Ei ole fotoni pistemäinen.

Anonyymi kirjoitti:

Ei ole fotoni pistemäinen.

No, kerropa mitä konkreettista törmää toisiina kun kaksi fotonisädettä leikkaa toistensa liikeradat.

Anonyymi kirjoitti:

No, kerropa mitä konkreettista törmää toisiina kun kaksi fotonisädettä leikkaa toistensa liikeradat.

Fotonisäteitä on ainoastaan elokuvissa.

Anonyymi kirjoitti:

Fotonisäteitä on ainoastaan elokuvissa.

No, kerropa mitä se laserase sylkäisee piipustaan, lasereita(ko)?

Anonyymi kirjoitti:

No, kerropa mitä konkreettista törmää toisiina kun kaksi fotonisädettä leikkaa toistensa liikeradat.

Yleensä tuolloin ei törmää toisiinsa yhtään mitään, sillä jopa laserin resonanssikammion peilien välissä fotonien tiheys on varsin pieni tuottaakseen havaittavissa olevia törmäyksiä. Mutta sillon kun törmäys tapahtuu niin kyseessä on kahden massattoman mittabosonin (gauge boson) keskinäinen vuorovaikutus. Jotta jotakin taustakohinasta erottuvaa tapahtuisi pitäisi noilla fotoneilla olla paljon energiaa.

https://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/6500/slac-pub-6571.pdf

Tuossa vuodelta 1994 artikkeli suurienergisten fotonien törmäyttämisestä toisiinsa.

Anonyymi kirjoitti:

Yleensä tuolloin ei törmää toisiinsa yhtään mitään, sillä jopa laserin resonanssikammion peilien välissä fotonien tiheys on varsin pieni tuottaakseen havaittavissa olevia törmäyksiä. Mutta sillon kun törmäys tapahtuu niin kyseessä on kahden massattoman mittabosonin (gauge boson) keskinäinen vuorovaikutus. Jotta jotakin taustakohinasta erottuvaa tapahtuisi pitäisi noilla fotoneilla olla paljon energiaa.

https://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/6500/slac-pub-6571.pdf

Tuossa vuodelta 1994 artikkeli suurienergisten fotonien törmäyttämisestä toisiinsa.

Lue lisää

Tähän on kai valittu fotonifotoni -> bosonibosoni aina törmäyksen määritelmäksi, koska jos fotonien saapuminen toistensa luo tuottaa fermioniparin, kyseessä ei ole kvanttitasolla samanlainen tapahtuma (tai toimitus). Tapahtumaa pidetään erilaisena sen verteksin perusteella. Kenttäteoriassa ei tunneta verteksejä, ja Lagrangen funktion termejä, joiden dimensio on energiayksiköissä yli 4. Silloin kun fotonifotoni -> fermionifermioni tapahtuu on kyseessä useiden fotonifermionifermioni -verteksien muodostama >=1 silmukka.

Verteksi viittaa vuorovaikutuksen olemassaoloon vuorovaikutusterminä ja kytkentänä. Silti jos halua pitää verteksiä törmäyksenä, täytyy sanoa, että todellinen fotoni törmää joko bosonin tai fermionin tyhjiöön, jossa ei ole yhtään näiden muuta tilaa tai yhtään niiden hiukkasta olemassa. Tässä tyhjiössä massakin on aina nolla. ja jos verteksin muut osat ovat virtuaalisia, ei niilläkään ole tavallista massaa. Kyseiset tyhjiötilat eivät silti ole samantekeviä ja yhtähyviä kuin kaikkialla muuallakin vaan toimivat tällä tavalla vain kahden fotonin luona, joten lopulta törmäyksen määritelmään pitää lisätä kaikki mitä tässä on.

Neljän fotonin törmäystä eli fotoni-sirontaa, on yleensä käsitelty ilman 4-verteksiä. Se ei johdu dimensioista vaan siitä, että fotonin varaus tai pikemminkin kytkentä on asetettu nollaan. Silti seuraavat tekstit, jotka käsittelevät asiaa historiallisesti ja silmukka-käytännöillä ovat kirjoittaneet epälineaarisen Heisenberg–Euler Lagrangen funktion, joka ei pidä periaatteessa paikkaansa, jos kytkentää ei ole. Tai tällainen ei tule koskaan käytetyksi vertekseille.

Lagrangen funktiot ovat nämä mutta ovat myös teksteissä selvemmässä muodossa, mistä löytää esim. fotonit aina kirjaimilla A:
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_electrodynamics
https://en.wikipedia.org/wiki/Euler–Heisenberg_Lagrangian

Koska fotonifotoni -> WW -törmäyksestä (ja yleensä vain tästä) voidaan puhua ilman silmukoita, se merkitsee törmäyksen määrityksille sitä, että sen määrittelee kaksi fotonia ja jokin hiukkasmallin tyhjiö kuten strandardimalli. Samalla fotonilla on mm. kahden alussaolevan fotonin kytkentä, kun kyseessä on fotonifotoniWW -termi.

https://arxiv.org/pdf/1711.05194.pdf

https://arxiv.org/pdf/1603.06590.pdf
https://arxiv.org/pdf/1707.08106.pdf
http://teorica.fis.ucm.es/TAE2012/CHARLAS.DIR/MEISSNER.DIR/part2.pdf

Joku myös etsii uutta teoriaa, missä 4 verteksejä on enemmän.
https://arxiv.org/pdf/1111.3354.pdf

Massattomat fotonit törmäävät toisiinsa tuottaen hiukkaspareja kun niillä on tarpeeksi energiaa (puhutaan TeV luokan energioista). Lue tuo SLAC artikkeli niin luulet vähemmän.

Törmäyksissä syntyy esimerkiksi W-bosonipareja tai Higgsin bosoneita.