¿Por qué no puede un ion o átomo ‘acumular’ energía para ser ionizada por múltiples fotones no ionizantes?

Esto podría suceder en las circunstancias correctas.

En un solo proceso de dispersión con un fotón o fotones, un átomo está ionizado o no. Si todos los electrones permanecen unidos cuando los fotones se dispersan del átomo: entonces no está ionizado.

Pero puede dejarse en un estado excitado para que un fotón de menor energía pueda hacer el trabajo de ionizar el átomo.

Entonces puede haber una acumulación gradual de energía de esta manera.

En general, no hay acumulación gradual de energía, ya sea que un solo fotón de una fuente de luz dada pueda ionizar el átomo o no. Esto se debe a que los estados atómicos excitados generalmente no tienen una vida útil prolongada, por lo que tienden a decaer de nuevo al estado fundamental antes de que un segundo fotón pueda impactar, con un haz de intensidad normal.

Pero hay excepciones: cuando la descomposición al estado fundamental está altamente prohibida.

Si tiene un haz de fotones muy intenso, entonces es posible la absorción de dos fotones o incluso fotones múltiples en un solo paso, lo que lleva a la ionización directa. Pero este es un proceso de orden superior en QED: se suprime por el poder de la estructura fina constante en relación con la absorción de un fotón.

Pero dada una vida útil lo suficientemente larga para el estado excitado y una fuente de luz lo suficientemente intensa, lo que sugiera debería ser posible.

Aquí hay un ejemplo donde hay evidencia bastante fuerte, aunque indirecta, de ionización de hidrógeno en dos etapas en un plasma.

El papel de la ionización en dos pasos en las predicciones numéricas de las funciones de distribución de energía electrónica.