¿De qué color es un electrón?

Question

Para explicar el color de un átomo o molécula, se tienen en cuenta los orbitales de los electrones que lo rodean y las respectivas diferencias de niveles de energía. Sin embargo, un solo electrón libre no posee ningún "orbital propio" y, por tanto, no tiene color en este sentido. Pero consideremos energías de fotones entrantes más altas: a partir de 511 keV, se puede crear temporalmente un par electrón-positrón, por lo que hay es alguna interacción con la radiación electromagnética. Por supuesto, 511 keV está mucho más allá de lo que el ojo humano puede percibir, por lo que el "color" debe generalizarse en algo así como "sección transversal de dispersión espectral", y así la pregunta del título es más correcta:

Teniendo en cuenta los efectos QED (no lineales), ¿cuál es el espectro de dispersión de un solo electrón aislado en su marco de reposo?

Por supuesto, volviendo al color, uno podría entonces considerar la pregunta:

Dado ese espectro, ¿cuál es su límite energético más bajo, pero no trivial, y qué color (dependiente del ángulo) proporciona cuando se combina con la luz solar (es decir, la radiación del cuerpo negro a ~6000K) y el Observador estándar CIE ¿olvidando la infrasaturación?

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o más bien, sus resonancias espectrales electromagnéticas

Answer 1

Creo que en primer lugar lo que buscas es la sección transversal Klein Nishina. Lo importante aquí es que la luz puede inelásticamente de los electrones, pero puede nunca ser absorbido por un electrón libre. Así, en lugar de describir el color de un electrón por su absorción en función de la longitud de onda, se utiliza realmente su espectro Raman, aunque a energías muy altas (rayos X y rayos gamma en lugar de luz óptica).

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Klein%E2%80%93Nishina_formula

En cualquier caso, la cantidad clave a considerar es la relación entre la energía del fotón y la masa del electrón de 512 keV. Muy por debajo de esta energía se tiene la dispersión Thomson independiente de la longitud de onda (es decir, el electrón es blanco y dispersa todos los colores), pero cerca de la masa del electrón se tiene la dispersión Compton, que es inelástica y dependiente del ángulo.

A energías mucho más altas comparadas con la masa en reposo del electrón, se obtiene de nuevo una respuesta aproximadamente independiente de la longitud de onda. Sin embargo, supongo que otras contribuciones dominarán el comportamiento dependiendo de la escala de energía exacta (por ejemplo, el límite de Schwinger para la electrodinámica no lineal en el límite extremo).

A un nivel más filosófico, creo que se puede decir que el electrón tiene un color sólo en el mismo sentido que las películas finas o las nanoestructuras tienen "color". En todos estos casos, no es la absorción de la luz la que da el color, sino que es la mecánica de ondas de la luz entrante y saliente.

Dado que la sección transversal de la dispersión de electrones viene dada puramente por la dirección del observador respecto a la fuente de luz, es muy similar a algo como el color del ala de una mariposa, que también depende de la geometría.

Edición: Para completar la información, repetiré la fórmula exacta de la energía de la luz dispersa frente a la energía y el ángulo de entrada a continuación.

$$E_i - E_f = \Delta E = E_i\left(1-\frac{1}{1+\frac{E_i}{m_e c^2}\left(1-\mathrm{cos}(\theta)\right)}\right)$$

La ecuación anterior muestra que el "color" del electrón depende de la longitud de onda exacta de la luz de iluminación y del ángulo del observador con respecto a la fuente. Además, la intensidad de la luz inelástica (es decir, la luz con un color diferente al de la iluminación) es bastante débil, y llega a cero a partir de la masa del electrón de 512 keV, donde se obtiene de nuevo una dispersión independiente de la longitud de onda.

Answer 2

Los espejos son reflectantes porque están recubiertos de un metal altamente conductor. Un conductor perfecto es un espejo perfecto. Refleja todas las longitudes de onda. No absorbe ni transmite ninguna. Un metal como el cobre es rojizo porque no es un buen conductor en las frecuencias de la luz más azul.

Los metales también limitan la posición de los electrones y proporcionan núcleos para evitar que el conjunto de electrones se repela. La forma plana y pulida es necesaria para que los rayos entrantes se reflejen todos en la misma dirección, formando una buena imagen. Pero una superficie rugosa no afecta al espectro.

Así que se puede esperar lo mismo de un electrón libre. Un electrón libre dispersa la luz elásticamente. Esto es Dispersión Thomson . Hay una dependencia del ángulo. Pero como este artículo muestra, es independiente de la longitud de onda.