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/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / sci / physics / 14728 < prev    next >
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Text File  |  1992-09-15  |  5.9 KB  |  115 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!stanford.edu!CSD-NewsHost.Stanford.EDU!Sunburn.Stanford.EDU!pratt
  3. From: pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt)
  4. Subject: Re: Size of neutrino
  5. Message-ID: <1992Sep16.011511.1249@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  6. Sender: news@CSD-NewsHost.Stanford.EDU
  7. Organization: Computer Science Department,  Stanford University.
  8. References: <1992Sep15.064618.6423@midway.uchicago.edu> <1992Sep15.143024.20764@CSD-NewsHost.Stanford.EDU> <mcirvin.716583583@husc8>
  9. Date: Wed, 16 Sep 1992 01:15:11 GMT
  10. Lines: 103
  11.  
  12. In article <mcirvin.716583583@husc8> mcirvin@husc8.harvard.edu (Mcirvin) writes:
  13. >pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt) writes:
  14. >You're thinking of the other definition of the size of a particle.
  15. >What a particle physicist means by the size of a particle is the
  16. >distance over which its field can interact with other fields.  The
  17. >What you're thinking of is different-- it's more like what a physicist
  18. >working on quantum optics means by the "size of a photon," namely the
  19. >uncertainty in position.
  20.  
  21. Ah, excellent.  Thanks.
  22.  
  23. >In this sense a particle in a plane wave state is infinitely *large*.
  24.  
  25. Only in two dimensions, namely in that plane.  A week or so ago I asked
  26. (in the context of describing the hundred-foot-wide photons collected
  27. at the Narrabri stellar interferometer) how big these photons were in
  28. the direction normal to the plane, but no one answered.  (To be exact,
  29. I asked how thick a photon from a distant star was.)  I still can't
  30. think how the thickness would vary if at all as it traveled away from
  31. the star.  Nor can I see what the shape of the wave packet should be
  32. for a single photon.
  33.  
  34. So again: can anyone tell me how *thick* a photon is (quantum
  35. optically)?
  36.  
  37. >What you're thinking of is different-- it's more like what a physicist
  38. >working on quantum optics means by the "size of a photon," namely the
  39. >uncertainty in position.
  40. >...
  41. >The real distinction between the two concepts of size is that
  42. >one refers to *interactions*, and in particular to the extent to
  43. >which the interaction Hamiltonian depends on fields evaluated at
  44. >the same point; whereas the other refers to uncertainty in position.
  45.  
  46. For the second concept, does the physicist in quantum optics really
  47. *mean* this, or is this better described as an indirect way of
  48. determining a directly observable property?  Doesn't the Narrabri
  49. stellar interferometer directly observe photon diameter?  This is how I
  50. recall Hanbury-Brown describing the principle to us in Physics 4 in
  51. 1966.
  52.  
  53. In the same message asking about thickness of photons, I also asked
  54. whether the photons existed in transit or only at transmission and
  55. receipt.  I gave this some more thought, but was unable to come up with
  56. any reason for preferring the former view over the latter.
  57.  
  58. But then with that viewpoint I found myself wondering why the stellar
  59. interferometer was described in terms of photon size at all.  Well,
  60. actually the whole setup is easily understood classically.  The two
  61. antennas form the 2 slits of a conventional 2-slit setup.
  62. Monochromatic light from a point source creates a diffraction pattern,
  63. nothing quantal about that.  As you move this point around the surface
  64. of a larger source, say your star, the pattern moves around too.  The
  65. cumulative effect for the source as a whole is then the convolution of
  66. the pattern with the shape of the source.  But this is the exact same
  67. description of what happens when you defocus a lens.  Therefore as the
  68. source widens the diffraction pattern drifts out of focus until it
  69. disappears.  This happens when the width of the image of the star is on
  70. the order of half the spacing of the fringes.
  71.  
  72. OR you can hold the star fixed and move the slits apart, as done at
  73. Narrabri.  Now the fringe spacing decreases; when it shrinks to the
  74. order of twice the diameter of the image of the star it disappears.
  75.  
  76. Since this explanation doesn't depend on photons, why is the Narrabri
  77. instrument explained in terms of them?  For pedogical value when
  78. explaining quantum mechanics, or for some more substantive reason?
  79.  
  80. The idea for the stellar interferometer, exactly as described above,
  81. goes back to Fizeau in 1868.  Stefan built one in 1874, measured the
  82. separation of a double star, then tried but failed to measure the
  83. diameter of a single star.  In 1890 Michelson used one to measure the
  84. diameters of Jupiter's satellites.  In 1920 Michelson and Pease built a
  85. much larger one and measured the angular diameter of Betelgeuse to be
  86. .047", for which they had to move the slits ten feet apart.  (As a
  87. check that the fringes hadn't disappeared for some other reason they
  88. pointed it at a smaller star and the fringes returned.)  [C.J. Smith,
  89. Optics, Edward Arnold, 1960.]
  90.  
  91. So all the Narrabri interferometer would seem to be is just a yet
  92. larger stellar interferometer.  And yet when people talk about using
  93. photon diameter to estimate stellar diameter they always cite the
  94. Narrabri instrument as the prima facie example of this phenomenon.  Why
  95. do they cite only this massive latter-day instrument rather than
  96. Stefan's original instrument based on Fizeau's idea?  This sounds very
  97. misleading.  I was sure as heck misled, I thought, gee, here's a
  98. really neat application of quantum mechanics in astronomy, and it sounds
  99. like some other people on this list may have been misled too.
  100.  
  101. This must surely have been pointed out by someone at the time photons
  102. and Narrabri were first juxtaposed, but I'm not aware of it.  Am I just
  103. confused?  Does anyone want to defend the photon explanation of
  104. Narrabri as somehow differentiating it from Stefan's setup?
  105.  
  106. This in no way is meant to contradict the claim that photon diameter
  107. really is being measured directly.  It certainly is, but Stefan was the
  108. first person to measure the diameter of a photon, in 1874, not bad for
  109. someone who'd never even heard of photons.
  110.  
  111. -- 
  112. ======================================================| God found the positive
  113. Vaughan Pratt   pratt@cs.Stanford.EDU   415-494-2545  | integers, zero was
  114. ======================================================| there when He arrived.
  115.