Jak opisać oddziaływanie pojedynczego fotonu z materią?

Akademickie programy nauczania kwantowej teorii pola elektromagnetycznego przyzwyczajają studiujących do myślenia, że fotony w zasadzie opisuje się tylko falami płaskimi monochromatycznymi [1,2,3,4]. Takie podejście pozwala łatwo uwzględnić zasadę zachowania czteropędu w procesach kwantowych, a zostało wprowadzone przez Diraca w jego słynnej pracy [5].

Jednak już jako student miałem w tym względzie zasadnicze wątpliwości. Fala płaska nie wyróżnia żadnego punktu w przestrzeni, a zatem taki foton faktycznie jest nielokalizowalny. Z drugiej strony, z uwagi na skończoną prędkość światła foton wychwycony przez atom w procesie absorcji musi pochodzić z jego otoczenia, a nie z całej dostępnej przestrzeni.

Widać już stąd, że standardowe metody opisu fotonu są bardzo ułomne. Idąc dalej tym tropem niniejszy artykuł stawia sobie za cel postawienie pytania - jaka jest faktycznie funkcjonalna postać potencjału wektorowego pojedynczego fotonu?

 » Tekst artykułu