Digamos que tenemos un electrón alrededor del átomo. Digamos que el electrón cae en una capa de electrones más baja. ¿Se convierte el 100% de la diferencia de energía en un fotón? ¿El átomo retrocede en absoluto? ¿Se pierde la energía de alguna otra manera?
Respuestas
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Siempre hay pérdida de energía debido al retroceso. Considerando un solo átomo que está en el espacio libre, el momento total se conserva, y la reacción total de la energía es limitada por la transición de la energía $E_0$ (haciendo caso omiso de la línea natural de ancho debido a la energía-tiempo de incertidumbre), por lo que tenemos en el centro de la masa de marco: $$0 = \hbar k + mv $$ $$E_0 = \frac 1 2 mv^2 + \hbar \omega = \frac 1 2 mv^2 + \hbar c k$$ Conduce a la ecuación $$E_0 = \frac {\hbar^2 k^2}{2m} + \hbar c k.$$ Así $$k = - \frac{mc}{\hbar} \pm \sqrt{ \frac{m^2c^2}{\hbar^2} + \frac{2mE_0}{\hbar^2} } = \frac{mc}{\hbar} \left( \sqrt{1 + \frac{2E_0}{mc^2}} - 1 \right) \approx \frac{E_0}{\hbar c} - \frac 1 4 \frac{E_0^2}{\hbar mc^3}. $$ Esto corresponde a una corrección de la energía de los fotones de $$\frac{\Delta E}{E_0} = -\frac{E_0}{4 mc^2}.$$ Así, la relativa es la corrección de la orden de la transición de la energía en comparación con el resto de la energía de las rebajas de masa.
Si el átomo interactúa con otros átomos (y no el espacio libre), el proceso se vuelve complejo y la energía puede ser transferida a la interacción de objetos (por ejemplo, en una red cristalina) el posible retroceso energías están determinados por el fonón espectro, aquí, a bajas temperaturas, la Mößbauer efecto se vuelve importante en el retroceso del impulso se transfiere a todo el cristal, lo que conduce a una prácticamente retroceso libre de emisiones (ya que la masa de reacción es macroscópicamente grande).
Además, hay otras maneras en que un electrón puede perder su energía – por ejemplo, en Barrena de los procesos de otro electrón es expulsado del átomo, o la energía puede ser transferida ("coherencia") a otro átomo (emocionante de un electrón). Además, la combinación de procesos, tales como la emisión de un fotón y la expulsión de un electrón están permitidas si todos los números cuánticos son conservadas.
Fernando Briano
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3704
Depende del sistema de referencia utilizado.
En el centro de la masa del átomo excitado, el impulso concervation debe asegurarse de que el fotón y el átomo tiene igual y opuesta momenta, por lo que disminuirá la energía captada por el fotón. La masa del núcleo, aunque es mucho más grande que el ev transiciones de la electons que, en efecto, el centro de masa es el mismo que el marco del resto del núcleo.
Los niveles de energía de anchura, por lo que existe una probabilidad de que un fotón con una menor o mayor frecuencia que el promedio del nivel de energía debe aparecer.
Tener un vistazo aquí para una discusión de la ampliación de las líneas debido a que el movimiento de los átomos, y también el doppler cambio en los espectros debido al movimiento de la fuente o el detector.
Todo depende del marco de referencia.
Arjan
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3549
Si sólo hay dos niveles de involucrados y el átomo de transiciones completamente desde el estado excitado a la planta del estado, entonces, sí, toda la energía que se almacena en la electrónica de estado excitado (esta energía en forma de electrones de la energía cinética y la energía potencial debido a que están más lejos del núcleo en promedio) se convierte en un fotón, es decir, en el campo electromagnético de la excitación.
Cuando esto sucede, sí, el átomo tiene retroceso debido al impulso llevar por el campo electromagnético. Esta es una parte clave del principio detrás de Doppler de enfriamiento de la nubes hacia abajo para microkelvin temperaturas.
Tenga en cuenta que en muchos casos (emisión espontánea por ejemplo) el fotón no es emitido en una sola dirección, sino que es emitida radialmente en todas las direcciones. Esto es un poco raro pensar y puede llevar a la confusión. Aquí es cómo usted debe pensar acerca de ello. Cuando el átomo se desintegra en el suelo estado en el que se crea un campo electromagnético patrón similar a la de un dipolo de la antena (es decir, saliente radialmente). Sin embargo, todo este campo electromagnético patrón sólo contiene 1 fotón. La pregunta natural es, entonces, 1) ¿cuál es el impulso del fotón y, por tanto, que la dirección hace el fotón retroceso? La respuesta es el dipolo patrón debe ser pensado como el fotón está en una superposición cuántica de haber sido emitida como una onda plana en muchas direcciones a la vez (tenga en cuenta que un dipolo patrón puede ser descompuesto en ondas planas). Por lo tanto, el átomo se convierte en una superposición de haber retrocedido en muchas direcciones a la vez. Si pones detectores de fotones alrededor de todo el átomo, a continuación, verá que sólo uno de los detectores de clics. Si el detector a la derecha del átomo de clics, a continuación, usted verá que el átomo se abstuvieron a la izquierda. Si el detector a la izquierda del átomo de clics, a continuación, usted verá que el átomo de saltar a la derecha.
Cuando se considera un átomo la energía puede ser electrónico o fotónico. Es decir, toda la energía está en la EM de campo o con el electrón. El sistema puede estar en una variedad de superposiciones de tener la energía en diferentes lugares, pero no hay otras opciones. Si en lugar de considerar un átomo que se considera una molécula entonces hay ahora de vibración rotacional de las configuraciones de los núcleos involucrados, que pueden almacenar energía. En esta forma de energía puede ser perdido para el movimiento relativo de los núcleos en lugar de a cabo exclusivamente en la configuración de los electrones o el campo electromagnético.
