Cuando un átomo tiene un electrón en un nivel de energía excitado y transiciona a un nivel más bajo, emite un fotón. ¿En qué dirección es probable que emita el fotón? ¿Todas las direcciones son igualmente probables, incluso hacia el núcleo?
En el caso general, "no" ya que hay una transferencia de momento angular involucrada (lo que significa que hay direcciones preferidas en relación al momento angular original y/o final del átomo).
Dicho esto, para la mayoría de la materia a temperatura ambiente, los átomos tienen una orientación aleatoria, por lo que puedes considerar la respuesta como "sí" para propósitos experimentales.
Ahora, veo que te estás preguntando sobre el núcleo en la pregunta. Aquí hay dos cosas a tener en cuenta.
Primero, es posible que estés pensando que el fotón es emitido por el electrón y que el electrón está en un lado particular del átomo en el momento de la emisión. (Es decir, es posible que tengas alguna versión equivocada casi completamente incorrecta del átomo de Rutherford/Bohr/de Broglie en tu cabeza.)
Es el sistema de núcleo y electrón(es) el que experimenta un cambio y emite un fotón, e incluso desde el principio preguntar "¿de qué parte del átomo se libera el fotón?" no tiene una respuesta precisa.
Segundo, el núcleo también es un sistema cuántico y no puede absorber cantidades arbitrarias de energía en cambios internos (tampoco sería capaz de absorberlo en movimiento translacional arbitrario porque eso violaría la conservación del momento---arrastra al electrón con él, después de todo). Las divisiones de energía nuclear suelen ser demasiado grandes para absorber un fotón atómico.
"'no' porque hay una transferencia de momento angular involucrada". Creo que esto es incorrecto. Sí, hay una transferencia de momento angular involucrada, pero eso correspondería a la polarización del fotón emitido, no a la dirección de su propagación.
@aquirdturtle Los fotones no tienen grados de polarización. Cada uno está polarizado circularmente, ya sea paralelo o antiparalelo a su dirección de movimiento. Este es un rasgo de su masa cero (lo que también los excluye de exhibir el tercer estado que se esperaría de una partícula con espín=1). Puedes aprovechar experimentalmente este límite construyendo blancos polarizados.
"Cada uno está polarizado circularmente ya sea paralelo o antiparalelo a su dirección de movimiento. Es mejor pensarlo en relación con el átomo. En relación con el eje del átomo tienes polarización $\sigma+$, $\sigma-$, o $\pi$. Estas diferentes configuraciones tienen diferentes direcciones de momento angular en relación con el átomo, permitiendo que el fotón emitido lleve consigo momento angular de la partícula a través de su orientación de polarización, no su dirección de propagación."
Depende del mecanismo por el cual se emite el fotón.
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Echa un vistazo, puede ser algo similar: physics.stackexchange.com/q/22001 en realidad, ¿cómo explicarías un espejo, o la ley de Snell, en el caso anterior?
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Echa un vistazo al patrón de emisión de dipolo. Esta es una buena aproximación para las moléculas luminiscentes (y probablemente también para los átomos). Terminas con un perfil $sin^2(\theta)$ si la memoria no me falla.