Kann ein beschleunigtes "freies" Elektron ein Photon absorbieren?

Ich habe gelesen, dass ein beschleunigtes, freies* Elektron ein Photon absorbieren kann. Kann jemand erklären, warum dies wahr ist, und gegebenenfalls einen mathematischen Beweis liefern?

*Ich denke, es ist technisch nicht mehr "frei", seit es beschleunigt wird

Dies scheint ähnlich zu sein, wie der Unruh-Effekt es Partikeln ermöglicht, durch normalerweise verbotene Übergänge zu zerfallen: Das umgebende Feld sieht "heißer" aus als ohne Beschleunigung, und dies kann genug Energie beitragen, um neue Kanäle zu ermöglichen. Das gleiche könnte hier funktionieren.
@AndersSandberg Ein guter Gedanke, außer dass dies kein verbotener Prozess ist. Die einzige Möglichkeit, ein Elektron zu beschleunigen, ist das Feld, aber in Gegenwart des Feldes sind Emission und Absorption nicht verboten.

Antworten (3)

Photonen und Elektronen sind quantenmechanische Einheiten. Beschleunigung bedeutet Wechselwirkung des Elektrons mit einem Feld, wobei ein dp/dt erhalten wird. Das einfachste Feynman-Diagramm, das eine solche Wechselwirkung zeigt, ist die Compton-Streuung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vollständige Absorption würde ein einfallendes Photon + Elektron bedeuten, und ein austretendes nur ein Elektron. Dies kann nicht passieren, weil das Elektron eine feste Masse hat und keine angeregten Zustände hat, um die gesamte Energie des Photons zu absorbieren. Was passieren kann, ist, dass der größte Teil der Energie des Photons in jedem Inertialsystem zur kinetischen Energie des Elektrons wird, und dementsprechend kann das Photon eine sehr kleine Energie haben, die gegen Null tendiert, aber niemals Null.

Wenn das ausgehende (oder eingehende) Photon virtuell wird und sich mit einem elektrischen oder magnetischen Feld verbindet, muss die Kinematik den Urheber des Felds in Energieimpulsbetrachtungen einbeziehen, und das Elektron kann die gesamte Energie des eingehenden Photons absorbieren die Energie / Impulsgleichgewicht in seinem Ruhemassensystem, das vom Generator des Feldes aufgenommen wird, das das virtuelle Photon hervorgebracht hat.

Es spielt keine Rolle, ob das Elektron „beschleunigt“ wird oder nicht: Dieses Problem sollte das gleiche sein, wenn wir uns das anfängliche Ruhesystem des Elektrons ansehen – es sollte der Lorentz-Invarianz gehorchen.

Und in diesem Rahmen kann man leicht ableiten, dass dies unmöglich ist, da die Energieerhaltung und die Impulserhaltung nicht gleichzeitig erfüllt werden könnten.

Beschleunigende Frames sind nicht Lorentz-invariant.
@safesphere es ist ein beschleunigtes Elektron, das kein Elektron beschleunigt.

Ein freies Elektron kann kein Photon emittieren, aber ein beschleunigendes Elektron kann und tut es. Da Quantenprozesse reversibel sind, kann ein in einem magnetischen (oder elektrischen) Feld beschleunigtes Elektron konzeptionell auch Photonen absorbieren. Durch die Wechselwirkung mit dem Feld (zB erzeugt durch Elektromagnete in Teilchenbeschleunigern) werden die Erhaltungssätze eingehalten.

Elektronenbeschleunigung durch Photonenabsorption in einem Magnetfeld

Kann ein beschleunigtes "freies" Elektron ein Photon absorbieren?
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