¿Por qué no puede electrones absorber cualquier tipo de energía (es decir, absorber parte de la energía de los fotones necesarios y emiten el residual)?

Question

Recientemente, he tenido en mente una pregunta acerca de la absorción de fotones. ¿Por qué es que sólo determinados niveles de energía puede ser absorbida por los electrones? Quiero decir, me da la idea de que los electrones en un átomo, sólo discretos niveles de energía y parece lógico que lo único que se absorben fotones con una energía correspondiente a una diferencia de energía en el átomo.

Pero considere esto: digamos que un fotón tiene una energía de valor de 10eV y el electrón necesidades digamos 7eV para una absorción. ¿Por qué no puede el electrón sólo es necesario tomar las 7eV y la residual (es decir, 3 ev) energía de los fotones se utilizará para emitir un fotón con la energía residual?

Traté de que la investigación sobre los que pregunta por mi cuenta y he encontrado algunos de compartir posts diciendo que tiene algo que ver con la ampliación de la frecuencia (es decir, la anchura espectral). Pero realmente no me convence.

Answer 1

Bueno, tan sólo para ser claro, yo voy a considerar los procesos en los que un fotón y un átomo en algún nivel de energía y el fotón y el átomo de intercambio de energía (y de momento) de tal manera que un fotón con una desplazado (superior o inferior) de la energía que sale, mientras que el átomo termina en un diferentes electrónica interna del estado de que se inició en. Un diagrama general se ve como:

donde no resonante entra la luz, y provoca una transición entre los estados 1 y 2 con el saliente de fotones de energía también cambió en la forma correspondiente. No he mostró el cambio de momentum, pero que será determinado por las energías y la geometría de la situación. He sacado esta donde $E_2>E_1$, pero el proceso inverso también es posible que el fotón se gana energía.

Primero de todo, que son sin duda derecho a preguntarse por qué este proceso no debería ser permitido. Como he mencionado en un contexto diferente, una forma útil de pensar acerca de muchos procesos físicos, atribuido a Gell-Mann, es que "todo lo que no está prohibido es obligatorio". Así, cuando el interno atómica de transición + fotón cambio se puede lograr de una manera que se conserva la energía, y el angular y el momento lineal (y también obedece a algunas otras reglas de selección, tales como aquellos que involucran a la paridad), es de esperar que esto es posible. Y lo es!

Como se mencionó, estos procesos normalmente se llama "dispersión Raman", y son una herramienta importante en la ciencia de los materiales para el estudio de los niveles de vibración de los materiales. Sin embargo, para abordar directamente la cuestión de charles boyant, la idea de una Raman de transición es más general que la de este. Por ejemplo, en la física atómica, Raman de las transiciones (en una forma ligeramente diferente conocido como Raman estimulado) se utilizan a menudo para ir entre dos estados de spin de un átomo. En este caso, la polarización del fotón debe cambiar junto con su energía, de modo que todas las leyes de conservación son obedecidas.

Bien, así que si esto puede suceder por qué aprendiste que los átomos sólo pueden absorber la luz en ciertas frecuencias que corresponden a transiciones atómicas? Existen dos motivos detrás de esta simplificación:

1. Aunque Raman procesos están permitidos, por lo general ocurren con probabilidad muy baja en comparación con la absorción de cerca de una resonancia, y también frente a la dispersión de los fotones sin un cambio en la energía del fotón. Por lo que en muchos casos sólo tienen un pequeño impacto en el conjunto del átomo de luz interacción.

2. Debido a que los fotones nunca desaparece por completo, la dispersión Raman (como el nombre sugiere) es normalmente considerado como una dispersión inelástica proceso, en lugar de como una "absorción parcial."

Esta manera de distinguir entre la absorción y la dispersión inelástica es particularmente útil cuando se comparan Raman de procesos para los procesos donde la luz está en resonancia con una transición atómica. Este sería el caso, por ejemplo, en el que la luz es resonante con la 1->E de transición, y los átomos pueden, a continuación, caries, tanto para los estados 1 y 2. Esto tiene un resultado similar a la de Raman proceso, en el sentido de que los fotones de una energía y de fotones con una desplazado a la energía correspondiente a la diferencia entre atómica niveles de salir. Sin embargo, puesto que la absorción de resonancia proceso, la transición de la fuerza, la longitud de onda de la dependencia, y el real atómica de estado durante el proceso es diferente en estos dos casos.

Answer 2

Esta respuesta no es riguroso, sólo una reflexión: Recuerde que un fotón tiene que ser totalmente absorbido en primer lugar, no se absorben y emiten de forma simultánea. Esto nos dejaría con un electrón que está momentáneamente en una prohibido estado de energía. A partir de ese estado en el que se puede emitir un fotón para saltar a lo que debe ser su correcta (es decir, permite) nivel de energía. La incertidumbre va a permitir que esto suceda, y creará una anchura de las líneas, pero está limitado a pequeñas desviaciones de la energía, para cualquier propósito práctico. Lo que usted necesita es un mecanismo similar a un túnel, en el que una partícula puede pasar algún tiempo en una región prohibida. Pero esto también está relacionado con el principio de incertidumbre.

Yo no soy consciente de que cualquier túnel-como el mecanismo que permitiría a un electrón en un átomo aislado para permanecer momentáneamente en una región prohibida más allá del principio de incertidumbre. Si es que existe, es demasiado pequeño para ser medido o está prohibido por algunos de los más avanzados de la teoría, como QFT.

Yo no ejecutar ningún número, pero también sospecho que el problema puede ser que una caries violaría la conservación del momento. De la misma manera que un electrón libre no está permitido absorber un fotón debido a la conservación del momentum (la energía y el impulso de un fotón que están relacionados y que esta restricción de la relación), también sospecho (pero podría estar equivocado), que la conservación de momento sólo funcionará en el permitió que los niveles de energía, por lo que sus mecanismos de violaría la conservación del momento y es por eso que no sería posible. Espero, sin embargo, un experto podría dar una mejor respuesta.

Answer 3

Creo que si un átomo recibe demasiada energía puede ser ionizado. No están permitidos los niveles de energía, pero por encima de estos niveles es la región de los electrones libres. Los niveles de energía no son cuantificadas y puede recibir ningún tipo de energía. Los fotones con energía superior puede poner la energía total por encima de los permitidos los niveles de energía ionizante, por lo tanto el átomo. Otra forma de ver esto y puedo estar equivocado es con la radiación de cuerpo negro. Los átomos pueden haber permitido que los niveles de energía, pero cuando el material se calienta todos los niveles del espectro, se pueden emitir fotones.