¿Por qué un electrón absorbe un fotón?

El problema básico al hacer preguntas de “por qué” en física es que no importa qué explicación se le dé, también puede preguntar “por qué” a eso también. Si su objetivo es aprender más física, preguntar “por qué” puede ser útil. Si desea encontrar un significado profundo y fundamental que será completamente satisfactorio sin tener que preguntar “por qué” más, entonces me temo que probablemente se sentirá decepcionado; la física probablemente no tiene la capacidad de proporcionarle tal respuesta. Para eso debes recurrir a la filosofía. (No porque la filosofía lo ayude a encontrar esa respuesta , sino porque le ayudará a resolver las preguntas correctas).

Aquí, no es difícil ver cómo se desarrollará esto en esta ocasión en particular. Usted pregunta, ¿por qué un electrón absorbe un fotón? Digo, porque el QED Lagrangiano en el Modelo Estándar contiene un término de interacción,
[math] \ mathcal {L} _ {\ mathrm {int}} = -e \ overline {\ psi} \ gamma ^ \ mu A_ \ mu \ psi [/ math]
donde [math] \ psi [/ math] es el campo de electrones y [math] A [/ math] es el campo de fotones. Tal término, que contiene dos factores [matemáticos] \ psi [/ matemáticos] y un factor [matemático] A [/ matemático], da lugar a un vértice en el que dos líneas de electrones se encuentran con una línea de fotones.

Ahora preguntas, “pero ¿por qué hay un término de interacción en el lagrangiano?”
Ahora sabes más física, pero no estás más cerca de responder la pregunta “por qué”. Es mejor averiguar exactamente de qué se trata “un electrón absorbe un fotón” que le resulta insatisfactorio, en lugar de preguntar “por qué” y obtener respuestas que aún no le satisfarán.

Porque los fotones son cuantos (acción mínima *) de interacción electromagnética.

Es decir, el campo electromagnético actúa sobre todos los objetos cargados, lo que absorbe parte de ese campo. Del mismo modo, todos los objetos cargados también emiten ( crean ) un campo electromagnético. Esta interacción (de ida y vuelta) solo puede ocurrir en múltiplos de cuantos y da lugar a la caricatura mental de un electrón que “traga” o “escupe” un fotón.

Nota al pie: (*) “Acción” se usa aquí en dos sentidos: (1) como el proceso de ejercer influencia / causar un cambio, y (2) la cantidad numérica de esta (inter) acción, calculada como la integral de tiempo de la función lagrangiana, conocida como “acción de Hamilton (funcional)” [https://en.wikipedia.org/wiki/Ac…].

La física no busca respuestas de “por qué”. Puede explicar cómo suceden los fenómenos, pero la física no puede responder “por qué” porque esa pregunta supone una motivación para la estructura del universo.

Para muchos por qué y cómo son equivalentes, pero no para los filósofos, y por lo tanto no para los científicos.

En cuanto a cómo, los electrones interactúan con los fotones todo el tiempo, pero la absorción solo ocurre si la interacción coloca al electrón en una posición de órbita estable alrededor del átomo. De lo contrario, el electrón se devuelve inmediatamente a una posición estable y el fotón se vuelve a emitir.

Así es como los átomos tienen diferentes espectros de absorción; debido a las posiciones de energía únicas de las órbitas electrónicas de los átomos. También es cómo se dispersa la luz al reflejarse desde la mayoría de los objetos. Los fotones se vuelven a emitir en una dirección aleatoria.

La teoría del electromagnetismo tiene dos componentes esenciales: el campo electromagnético libre y la interacción del campo electromagnético con la materia cargada, que puede servir como fuente del campo.

Cuando cuantifica la teoría, los cuantos del campo electromagnético serán fotones, los cuantos de materia cargada serán partículas cargadas como el electrón, y su interacción equivaldrá a sumar o restar una unidad de excitación del campo electromagnético, lo que equivale a a la partícula cargada que emite o absorbe fotones.

Esto es lo más cercano a una respuesta a una pregunta de “por qué” que la física puede proporcionar. Sí, podríamos concebir potencialmente un universo en el que no hay partículas cargadas, por lo tanto, no hay emisión o absorción de fotones, por lo que el por qué nuestro universo real tiene tales partículas puede ser una pregunta que se debe dejar a los sacerdotes y filósofos.

No puede comprender cómo los “electrones” absorben los “fotones” a menos que comprenda cómo una antena puede absorber la energía de una onda de radio, como lo hace en dispositivos como el aparato de radio de cristal.

Hasta ahora se han publicado nueve respuestas a esta pregunta, y están llenas de charlas sobre partículas fundamentales y su supuesta naturaleza cuántica. NADA DE ESTO ES RELEVANTE PARA LA NATURALEZA BÁSICA DE LA INTERACCIÓN ENTRE RADIACIÓN Y MATERIA. Un corresponsal al menos ha notado que no es, en casos típicos, el “electrón” que absorbe un fotón, sino el átomo completo o el sistema atómico más grande. Pero no se proporciona ninguna explicación para el mecanismo.

Tampoco voy a proporcionar una explicación detallada, excepto para observar: cuando la materia (ya sea átomos individuales o sistemas moleculares más grandes) absorbe energía electromagnética (puede llamarse fotones pero eso no lo ayudará a comprender nada), el mecanismo real de la energía la transferencia es exactamente lo mismo que sucede cuando configura una antena y la sintoniza en una estación de radio distante. La energía incidente (onda o fotón o como quiera llamarlo) establece una oscilación que genera nuevas ondas por sí misma. Esas nuevas ondas interactúan con las ondas incidentes de tal manera que eliminan la energía de esas ondas entrantes y la absorben en el sistema oscilante.

Así funcionan las radios y así funcionan los átomos. No ayuda hablar sobre fotones.

Simplemente porque un electrón se mueve a una velocidad más rápida que la velocidad de un fotón tanto en forma de onda como de partículas. necesita refinar su pregunta de por qué un electrón en movimiento dispersa una onda de fotones hasta que no pueda reconocerse como un fotón.

Piense en esto: en el mundo cuántico un electrón puede existir en dos lugares a la vez (eso es lo que dicen los físicos), ¿podría ser que un electrón se mueve tan rápido que creemos que está en dos lugares a la vez? piense en esto, su cerebro tarda 80 milisegundos en procesar lo que ve, ¿podría un electrón moverse más rápido que eso y confundirnos para que pensemos que un electrón está en dos lugares a la vez? ¿podría moverse más rápido que los dispositivos que creamos que al calcular no tenemos en cuenta esos 80 milisegundos? muy posible
Me salí del tema aquí ^

de todos modos, piense en una onda de luz y piense que un electrón que se mueve más rápido que la velocidad de la luz centrípetamente no dispersará toda la onda hasta que los fotones no puedan detectarse en forma de onda, los fotones serán solo partículas que no se reconocen en forma de onda, por lo tanto creemos que un electrón ha absorbido un fotón.

ahora todo en física se basa en la teoría de la relatividad de Einestiens, así como en el tiempo de Einestiens todo se basaba en las leyes de la física de newtons, solo cuando encuentren una falla en la teoría de la relatividad seguirán verdaderos avances. Mientras pensemos que la velocidad de la luz es la velocidad más rápida y seamos esclavos de la teoría de la relatividad de Einestiens, caminaremos aturdidos en una dirección desconocida.

esta sería mi respuesta simple:

hecho científico básico: los fotones y los electrones son energías.

piense de esta manera: la energía es como el agua, el agua puede mezclarse fácilmente, ¿verdad?

los fotones son como gotas de agua y los electrones son como un vaso de agua

Cuando una gota de agua cae hacia el vaso de agua, la gota se absorbe.

de manera similar, cuando un fotón golpea un electrón, se mezcla con la energía del electrón, siendo absorbido

nota: esto es solo una analogía.

Bueno, si Richard Feynman dijo que no lo sabe, ¡creo que es una posibilidad remota esperar que un montón de locos en los intertubos te lo expliquen!

Lo que la física ha producido es una descripción asombrosamente precisa de lo que sucede No estoy del todo seguro de por qué es parte del trabajo, y no estoy completamente seguro de por qué significa algo en absoluto a este nivel. Probablemente no haya un por qué .

Puedo desviarme: mi conclusión interna personal es que hay un ajuste perfecto entre el fotón y la brecha entre dos niveles de energía, donde “nivel” no es un desplazamiento físico y “brecha” no significa un espacio físico.

Si el fotón tuviera una energía demasiado baja, el electrón no llegaría “arriba”, retrocedería, y la energía aún estaría allí para permitir que el fotón continúe independientemente. Si era una energía demasiado alta, el eletron sobrepasaría el siguiente “nivel” “arriba”, retrocedería “abajo” y continuaría hasta que terminara donde comenzó, y la energía aún estaría allí para permitir que el fotón se transporte encendido independientemente.

Pero debo enfatizar que es una racionalización que funciona para mí, no tiene rigor ni realidad. No explica más lo que está sucediendo que la descripción calva que ya encontraste insatisfactoria . He escrito una forma alternativa de qué, en lugar de cualquier forma de por qué

La naturaleza no puede responder a las preguntas “¿Por qué?”. La ciencia no puede hacerlo mejor.

Los electrones no pueden “absorber” fotones. Electrones en orbitales … para que el átomo o molécula pueda absorber fotones. Entonces, o bien se expulsa el electrón, o está en un orbital más enérgico.

Los electrones desnudos pueden * dispersar * fotones, ya que los fotones son “paquetes de impulso”, y los electrones y los fotones * diferentes * van por caminos separados. Estos eventos tienen lugar en tiempo * cero *, por lo que no es como si el electrón absorbiera el fotón, violando la conservación del espín.

Este proceso está bien modelado en física y parcialmente explicado a través de simetrías de campos, etc. Aquí intentaré alejarme un poco de la física reconocida.

En general, si una partícula interactúa con otra partícula, ambas deberían compartir algo en común. Además, deben ser exactamente de la misma naturaleza , pero vistos desde diferentes “perspectivas” (por ejemplo, un campo eléctrico puede ser visto como un campo magnético por otro observador). Entonces, imagine que los fotones son solo “imágenes” de electrones vistos desde otro marco de referencia (es decir, por diferentes observadores), por lo tanto, un electrón puede interactuar naturalmente con una “imagen” de otro electrón de otro marco de referencia. Este concepto simple también explica por qué los fotones vienen en cuantos: son modelos físicos de interacciones de carga a carga esencialmente discretas . En nuestra noción típica de espacio-tiempo, completan distancias espaciales y temporales entre estas cargas.

La única pieza faltante del rompecabezas aquí es nuestra concepción arraigada (errónea) del espacio-tiempo como un medio continuo y lineal que media en diferentes campos físicos. Sin embargo, es solo un marco abstracto matemáticamente consistente y causal del que básicamente no tenemos una pista real. Vea algunas de mis otras respuestas sobre el tema para obtener más información.

El electrón está atrapado en el orbital, por lo que no puede evitar el fotón.

El electrón realmente no absorbe nada. Nunca vimos electrones rotos, fotonizados o descargados. Permanece electrón todo el tiempo. (Puede cambiar su giro, pero esto puede ocurrir o no bajo la influencia del fotón).

Si el fotón golpea el electrón libre, cambiará solo una dirección (dispersión) o velocidad, pero nunca se “excitará”.

Si el electrón es parte del átomo, el fotón aumentará la energía interna del sistema protón-electrón y puede empujar el electrón un paso hacia arriba en los niveles orbitales o liberar el electrón.

Además de la respuesta de Brian Bi, diría:
Porque la teoría satisface los resultados experimentales.
Hay todo tipo de cosas que las personas pueden proponer al explicar un fenómeno particular.
Algunos de ellos también están de acuerdo con las leyes físicas previamente establecidas y son más agradables.

Como una partícula cargada, el electrón interactúa con el campo electromagnético. Esta es la primera parte de la respuesta. La segunda parte de la respuesta es que se cuantifican las interacciones elementales con el campo electromagnético. Luego, un electrón absorbe o emite un fotón debido a la interacción con el campo electromagnético.

Pero un electrón que ha absorbido un fotón ya no es un electrón estable.
Entonces, no – declaración provocativa – un electrón no puede absorber un fotón.

Pero este estado inestable (virtual) puede emitir un segundo fotón. Este es el efecto Compton para electrones libres. Además, si el electrón está unido a un átomo, el nuevo estado puede ser estable. Estrictamente, el fotón no es absorbido por el electrón sino por el átomo.

Los fotones se producen en átomos cuando los electrones excitados vuelven a sus niveles nativos desde niveles superiores. Entonces los fotones transportan la energía perdida por los electrones en los átomos. Un fotón no puede desalojar un electrón en fenómenos fotoeléctricos. Se requieren muchos fotones para emitir electrones de los átomos. Un electrón es igual a muchos más fotones. Los fotones que transportan energía igual a la de un electrón pueden eliminar un electrón del átomo. Los electrones no están absorbiendo fotones sino que están absorbiendo energía transportada por los fotones. En el proceso, los electrones pueden excitarse y salir de los átomos o pueden alcanzar un nivel superior.

Porque la fuerza electromagnética es una fuerza de interacción que transporta el fotón.

Eso significa que la fuerza electromagnética interactúa con cargas positivas o negativas.

Entonces podemos concluir que la fuerza electromagnética es una fuerza de interacción que interactúa con una partícula cargada, también conocida como xx20gamerxx, también conocida como electrón.

Xx20gamerxx es un amigo mío.

MC y Roblox

Esa es una muy buena pregunta fundamental. MC Physics en MC Physics Home sugiere que toda la materia, incluso las partículas elementales como electrones y fotones, están formadas por al menos 2 monocargas electroestáticas cuantificadas con un tipo de carga y una fuerza de carga. Los electrones y los fotones están formados por monorrecargas de fuerza de carga muy diferentes. Cada uno tiene cargas opuestas que hacen que se unan para formar esa partícula.

La fuerza de carga electrostática en los electrones es considerablemente más fuerte que dentro de los fotones y, por lo tanto, cuando se acercan a un fotón, su fuerza de unión interna se ve abrumada y el fotón se rompe. Los remanentes del fotón se unen al electrón y entregan energía cinética y de masa. Los restos de fotones se absorben / unen con las cargas mono del electrón o del átomo.