¿Cómo absorbe un electrón un fotón?

Lo que sabemos de la mecánica cuántica es: “Cuando un electrón absorbe energía, salta a un orbital más alto. Un electrón en un estado excitado puede liberar energía y ‘caer’ a un estado inferior ”. [1]

Pero el experimento muestra que la absorción no es tan fácil y el fotón tiene forma y los fotones tienen unos 4 metros de largo. Y la probabilidad de que un solo átomo de rubidio absorbiera un solo fotón de cualquier tipo era de poco más del 4%. [2]

Según la mecánica cuántica, el fotón y el electrón son partículas no estructuradas, pero no podemos describir el mecanismo de absorción y emisión de un fotón por un electrón que es lógicamente inaceptable. En CPH Theory, los fotones son una combinación de fotones virtuales positivos y negativos [3]. Un fotón es un dipolo eléctrico muy débil que es consistente con la experiencia que este libro ha afirmado. [4]

Cuando un fotón se acerca a un electrón, el lado positivo del fotón cambia la forma del electrón y el electrón lo absorbe. Pero el electrón se está moviendo y en una fracción de nanosegundo emite un fotón, pero no necesariamente en la dirección de absorción exactamente opuesta, porque durante la absorción y la emisión, el electrón se ha desplazado. Se considera que para un haz de luz (muchos fotones), el movimiento de los electrones no es detectable (ver figura).

Esta propiedad del fotón (dipolo eléctrico muy débil) puede describir la energía de absorción y emisión de partículas cargadas. [4]

Emisión; Observe la figura, para un fotón de alta energía, el electrón abandona el átomo (como en el efecto fotoeléctrico). Pero para un fotón de baja energía, el fotón se convierte en parte de la energía del electrón. El electrón no es una estructura rígida esférica que se mueve alrededor de un núcleo, la distancia entre el electrón y el núcleo es variable. Cuando el electrón no puede mantener un fotón, lo irradia.

1- Bohr atom, sitio de Science Primer

2- Victor Leong, y col. “Dispersión resuelta en el tiempo de un solo fotón por un solo átomo”, Nature Communications, 2016

3- La respuesta de Hossein Javadi a Un fotón en movimiento tiene la masa dada por m = E / c2, si el fotón no tiene masa, ¿de dónde viene su masa?

4- Hossein Javadi, más allá del modelo estándar: problemas y soluciones de física moderna, sección 2, 2017

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El electrón es una partícula cargada, lo que significa que se acopla al campo electromagnético. El campo electromagnético se cuantifica en sí mismo, y la excitación más pequeña se denomina “fotón”. La energía [matemática] E [/ matemática] de un solo fotón es proporcional a su frecuencia [matemática] \ omega [/ matemática],

[matemáticas] E = \ hbar \ omega [/ matemáticas]

donde [math] \ hbar [/ math] es una constante de proporcionalidad conocida como la constante de Planck. La energía de un fotón solo depende de su frecuencia, pero el estado físico de un fotón se describe más completamente por su vector de onda [math] \ mathbf {k} [/ math]. La magnitud del vector de onda es solo [math] | \ mathbf {k} | = 2 \ pi / \ lambda [/ math] donde [math] \ lambda [/ math] es su longitud de onda, y también está relacionada con la frecuencia como [math] \ omega (\ mathbf {k}) = c | \ mathbf {k} | [/ math] donde [math] c [/ math] es la velocidad de la luz. La dirección del vector [math] \ mathbf {k} [/ math] es la dirección en la que se propaga el fotón. Más importante aún, el vector de onda está relacionado con el impulso del fotón,

[math] \ mathbf {p} = \ hbar \ mathbf {k} [/ math]

Además de la energía y el momento, cada fotón también lleva espín, que es una forma de momento angular. Específicamente, el fotón es una partícula spin-1, por lo que su momento angular de giro es [math] \ pm \ hbar [/ math].

Cuando un electrón absorbe un fotón, el fotón desaparece del universo. Esto significa que el campo electromagnético pierde la energía transportada por ese fotón. Pero, la energía total, el momento total y el momento angular total de cualquier sistema son cantidades conservadas (es decir, son independientes del tiempo). Entonces, cuando el fotón desaparece, el electrón gana su energía ([matemática] \ hbar \ omega [/ matemática]), momento ([matemática] \ hbar \ mathbf {k} [/ matemática]) y momento angular de rotación ([matemática ] \ pm \ hbar [/ math]).

Bueno, para comprender esto, debe comprender la estructura de ambas partículas y, de hecho, debe comprender la fina mecánica interna de las partículas. Esto es algo que trataré de abordar en breve, pero a menos que desee algo grosero como un montón de energía pura y otro grupo de energía pura, me temo que tendrá que ser paciente. Mientras trabajaba en esta área, me di cuenta de que mi explicación anterior de los enredos no era del todo precisa, y actualmente tengo que regresar y reelaborar algunas de mis publicaciones anteriores. El error solo salió a la superficie cuando revisé mi modelo del Neutrino

Como dijimos antes, el fotón es agua de luz, el electrón es una materia con masa en reposo, por lo que si el fotón golpea el elctrón (colisión) intercambiarán energía e impulso, de acuerdo con las leyes de conservación. Pero si el electrón está en su estado estable, y es golpeado por el fotón, con la energía suficiente para provocar el siguiente estado, oscurecerá la energía del fotón que se elevará a ese estado, si se vuelve inestable emitirá esta energía absorbida para regresar a su estado estable.