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/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / physics / 22171 < prev    next >
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Text File  |  1993-01-06  |  4.1 KB  |  79 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!panther!mothost!lmpsbbs!areaplg2.corp.mot.com!bhv
  3. From: bhv@areaplg2.corp.mot.com (Bronis Vidugiris)
  4. Subject: Re: Why are elementary particles small?
  5. Organization: Motorola, CCR&D, CORP, Schaumburg, IL
  6. Date: Wed, 6 Jan 1993 10:49:04 GMT
  7. Message-ID: <1993Jan6.104904.11545@lmpsbbs.comm.mot.com>
  8. References: <1993Jan3.235010.17976@math.ucla.edu> <1993Jan4.022335.25485@news.media.mit.edu> <MATT.93Jan3200346@physics2.berkeley.edu>
  9. Sender: news@lmpsbbs.comm.mot.com (Net News)
  10. Nntp-Posting-Host: 137.23.47.37
  11. Lines: 66
  12.  
  13. In article <MATT.93Jan3200346@physics2.berkeley.edu> matt@physics.berkeley.edu writes:
  14.  
  15. )This is, unfortunately, a confusion of two different senses of what
  16. )"the size of a particle" means.
  17. )
  18. )The first is: quantum-mechanically, we can describe the position of a
  19. )particle by a wave function.  We could, then, say that the size of the
  20. )particle is the size of the wave packet that describes its position.
  21. )
  22. )The second meaning is a somewhat more intrinsic one: when we write a
  23. )wave function for a particle, are we writing about the spatial
  24. )distribution of a point object, or an extended object?  One way to
  25. )understand this distinction is to think about interactions; an
  26. )interaction between point particles is local, but an interaction
  27. )between extended objects (e.g., protons) involves points separated by
  28. )spacelike intervals.
  29. )
  30. )When particle physicists talk about the sizes of particles, they
  31. )usually have the second idea in mind, just because it is more
  32. )intrinsic; after all, you can write an arbitrarily large wave packet
  33. )for any particle. 
  34. )
  35. )And as far as we can tell today, photons do appear to be point
  36. )particles.  (As do the other gauge bosons, the gluon, W, and Z.)
  37.  
  38. A few related points on the 'size' of photon wavepackets.
  39.  
  40. In 'Quantum Reality', Nick Herbert points out that the 'size' and 'shape' of
  41. the  wavepackets of photons from distant stars is a thin 'fuzzy' disk
  42. which varies from a *minimum* of about 3ft (don't recall the exact figure) in
  43. diameter to a maximum larger than the entire solar system.  This 'size' can
  44. actually be experimentally measured using the idea of a 'self-interference
  45. distance'.  Herbert cites "The Intensity Interferometer", Robert Hanbury
  46. Brown, New York: Halstead Press (1974) for a more complete reference.
  47. Several stars were actually measured with this device in order to determine
  48. their angular size (and hence their physical diameter, given that the
  49. distance to the star can be determined by parallax measurements or other
  50. means).  'Sizes' up to a limit of several hundred feet (the diameter of the
  51. apparatus) were actually measured.
  52.  
  53. If photons from a distant star can be thought of as 'fuzzy disks',
  54. spectrally pure photons from a laser can be thought of as long fairly
  55. thin lines.  This again comes from a 'self-interference' concept - the
  56. self-coherent length of a laser is a useful concept when preparing holograms,
  57. and depends on the spectral purity of the source.  I believe that there
  58. is a limit on the spectral purity of a laser set by the length of its
  59. resonant cavity - the 'long photon' has to fit inside the resonant cavity
  60. of the laser, so you can't get a self-coherent length longer than the
  61. resonant cavity size.  [This also suggests that if you 'cut' the 'long'
  62. photons somehow, say an apparatus which confines the photon to a length
  63. shorter than its previous self-coherent length, you also destroy the
  64. spectral purity of the photon/beam.  I believe that this would be borne
  65. out in practice using the Heisenberg principle of measuring location ->
  66. uncertain angular momentum -> uncertain energy.]
  67.  
  68. Thus the 'size' of a photon defined in this way isn't really a property
  69. of the photon itself, or its energy, but of the details of how it is
  70. 'prepared'.
  71.  
  72. The ideas of self interference are really more suited to a beam than a
  73. particle, IMO, and more readily understood in that context.  However,
  74. the idea that light is a particle as well as a wave more-or-less forces us to
  75. view each individual particle as having 'self-interference' length
  76. property, even if it doesn't make a lot of sense, as these interference
  77. patterns do not disappear even when only one photon is present in an
  78. apparatus at a time.
  79.