¿Por qué los electrones liberan un fotón después de recibirlo?

Esta es mi explicación simplista.

Los electrones se pierden y ganan fotones / energía a través de los procesos de aceleración y desaceleración ‘solo’. Si le das a un electrón energía para aumentar su velocidad, el electrón mantendrá su energía ‘para siempre’, moviéndose a lo largo de una línea recta si no se altera … así es como recibimos rápidamente, cerca de la velocidad de los electrones de luz del espacio exterior que provienen de bastante largas distancias. Perderá la energía solo en ‘interacciones’ … es decir, cuando se ve obligado a cambiar la velocidad o la dirección por otras cargas. La desviación por un campo magnético también cae dentro de esta categoría, ya que el campo es causado por corrientes que son el resultado de cargas en movimiento, y esto incluye imanes permanentes.

Entonces, los electrones no pierden su energía porque querían estar en un estado de energía ‘más baja’, aunque en el resultado final, parecería así. En cualquier interacción, aquellos con alta energía tienden a bajar y los que tienen poca energía tienden a subir. Si el electrón no se mueve, es decir, en reposo, no es probable que pierda energía, esto es obvio … y cuando se mueve rápido, es más probable que pierda energía a los electrones que no se mueven y se mueven lentamente, si están cerca. Piense en la mesa de billar como un ejemplo, ya que se demostró que los fotones se comportan como partículas.

La radiación de (y la absorción por) electrones tiene un espectro ‘continuo’ … es decir; contiene todas las frecuencias, incluso fracciones de frecuencia. Sin embargo, el proceso de aceleración y desaceleración es ‘discreto’ … ya que es causado por encuentros y estos son discretos … como en electrones que cambian repentinamente de órbita dando a los átomos su espectro estrecho específico, o causado por vibraciones más lentas del sistema de carga involucrado en la radiación da lugar al resto del espectro del cuerpo negro.

Por lo tanto, la pregunta de cuándo un electrón emite o absorbe radiación es como preguntar cuándo las cargas tienen encuentros entre sí … no es intrínsecamente aleatorio, pero debido a que las velocidades y los números involucrados son grandes, parecerá aleatorio, muy parecido al comportamiento de agua que fluye turbulentamente en un canal. QM lo toma de este punto final y asume que es ‘aleatorio’ para poder usar la poderosa maquinaria matemática de la ciencia de la probabilidad, usando la probabilidad para tratar la turbulencia de fluidos.

Pobres electrones. ¡No pueden vivir con fotones y no pueden vivir sin ellos!

En una nota más seria: cuando un electrón absorbe un fotón, dicho electrón aumenta su estado de energía. Por el contrario, cuando un electrón pierde su estado de energía, emite un fotón. El cambio de “Estado de energía” aquí puede implicar aceleración masiva (electrón libre) o nivel de energía atómica (electrón limitado) o estados intermedios (enlaces de valencia, etc.).

Como Jesse señala si el electrón está en un átomo y cambia el estado de energía, habrá un estado de energía más bajo (del que saltó ) al que volverá, ya que siempre busca un estado de energía más bajo.

En teoría, es posible que después de que la energía del electrón se eleve, el estado de menor energía sea “robado”, por lo que el electrón está tentado a mantener el fotón si no existe otra opción para descargar energía. Esto requiere un “equilibrio perfecto” de energía que es muy poco probable.

Además, excepto a temperatura cero absoluta, habrá energía térmica que hará que el electrón cambie el nivel de energía debido al movimiento en masa.

Einstein anticipó los procesos de emisión de fotones de electrones en la materia, como emisión espontánea, absorción y emisión estimulada. Él dedujo que la emisión estimulada debe estar involucrada en el espectro de Planck. No fue sino hasta cuarenta años después que este efecto provocó la invención del láser, por lo que podemos establecer los fundamentos de los rayos láser para los logros de Albert Einstein.
De hecho, puede deducir que la radiación se reemitirá solo sobre la base de la teoría clásica del oscilador, que es de lo que realmente estaban trabajando, haciendo ajustes para los factores cuánticos, pero debe ser una imagen completamente cuántica. En lugar de intentar escribir un ensayo completo sobre los tipos de dispersión, permítanme tratar de decir por qué emite el electrón excitado.
Esto se debe a que el electrón excitado está acoplado al campo de radiación, y realmente no es una energía exacta, sino que evoluciona con el tiempo. Si el sistema estuviera confinado, el electrón más el campo sería un estado cuántico con energía exacta. (Así es como los fotones térmicos pueden rebotar en un área confinada intercambiando energía con osciladores en una especie de proceso de equilibrio). Sin embargo, si no limita el sistema, es un estado evolutivo que no está en equilibrio y la energía se va. Básicamente, debe incluir el estado cuántico del campo de radiación junto con los electrones. El átomo excitado no es solo el átomo, también tiene una conexión con el campo para formar el estado excitado.

Los objetos en la naturaleza buscan su estado energético más bajo. Por ejemplo, se producirá una reacción química si el producto final tiene una energía menor que la suma de los reactivos, suponiendo que tengan suficiente energía para superar sus mutuas barreras energéticas.

Del mismo modo, los electrones también buscan su estado de energía más bajo. Al ser excitado por un fotón, lo hará por un tiempo muy corto como este, antes de eventualmente decaer al estado más bajo que pueda.

Si los electrones recibieron un fotón, significa que obtienen un exceso de energía, serán inestables, entonces tendrán que devolverlo, por lo que estarán en sus estados estables. Porque los electrones siempre estarán en un estado estable estable, si no hay una fuente de excitación para ellos.

Cuando un electrón absorbe un fotón, gana energía y salta a un estado más alto. Pero todo en el universo tiende a minimizar su energía y, por lo tanto, un electrón reside en un estado de energía más alto solo durante [matemáticas] 10 ^ {- 10} segundos [/ matemáticas] y luego libera un fotón para saltar a un estado de energía más bajo.

A los electrones les gusta estar en un estado de baja energía, tal como les gusta llenar un orbital. Entonces, cuando un electrón salta a un estado de alta energía, querrá perder la energía. Y la forma en que pierde esa energía es a través de la emisión de luz.