Kann mir jemand helfen, die Unterschiede zwischen der Beteiligung eines Photons an Absorption, Transparenz, Reflexion und Emission zu konzeptualisieren?
Genauer gesagt ist mein derzeitiges Verständnis der Materie, dass ein Photon, wenn es mit einem Atom interagiert, das Elektronen enthält (kein freies Elektron), absorbiert werden kann, wenn die Frequenz hoch genug ist, und das Elektron sich zu einem weniger stabilen bewegt , noch höheres Energieniveau. In diesem Sinne werden dann alle anderen Photonen, die nicht absorbiert wurden, nach außen zurückreflektiert (und geben dem Objekt die entsprechende Farbe). Aber wenn die Frequenz zu niedrig ist, um die Energielücke zu bilden, passiert das Photon die Elektronenwolke und die Atome sind im sichtbaren Spektrum transparent (wie in Glas oder Luft) ...
Was ist angesichts dessen der Hauptbestandteil, der dazu führt, dass ein Photon entweder vom Objekt reflektiert wird oder direkt durch es hindurchgeht (wie bei Transparenz)? Wann kommt es auch zu einer Emission des Elektrons (wenn das Elektron eine bestimmte Frequenz absorbiert, wann wird ein Photon im Vergleich zu einem Elektron emittiert und wird das Elektron selbst emittiert, wenn es eine Valenz ist, oder ein separates Elektron? im Meer von Elektronen, die anderswo emittiert werden, um das Gleichgewicht auszugleichen?)
Tut mir leid, wenn es ein bisschen chaotisch ist; Bitte lassen Sie mich wissen, wenn meine obigen Annahmen inkonsistent sind und ebenfalls angepasst werden müssen, bevor Sie fortfahren.
Die Physik hinter diesen Prozessen wird in sogenannten Wirkungsquerschnitten für die Photon-Atom-Streuung erfasst. Sie können bei gegebenem Hamiltonoperator des Systems präzise formuliert und numerisch ausgewertet werden. Wichtige sind elastische Querschnitte, die die Situation beschreiben, in der das Photon vom Atom gestreut wird, aber keine Energie übertragen wird, Anregungsquerschnitte, in denen das Photon absorbiert wird und das Atom in einem instabilen angeregten Zustand zurücklässt (der in einen Zustand zerfallen kann niedrigerer Energie, die ein zweites Photon emittiert) und Ionasationsquerschnitte, wo das Photon absorbiert wird und das Atom eine Energie gewonnen hat, die über seiner Ionisierungsenergie liegt, wodurch es in ein positives Ion und ein Elektron zerfällt. Die Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld (dem Photon) und dem Atom ist in allen Fällen gleich, aber die Werte der Wirkungsquerschnitte hängen von der Photonenenergie ab. Beachten Sie, dass, obwohl die Photonenenergie ausreichend hoch sein kann, um eine Ionisation zu verursachen, die Wahrscheinlichkeit für elastische Streuung nicht genau null sein muss. Über diese einfachen Prozesse hinausgehend, wenn die Intensität eines Photonenstrahls ausreichend hoch ist, aber die Photonenfrequenzen (dh ihre Energie) zu niedrig sind, um eine Ionisation zu verursachen, kann das Atom immer noch ionisiert werden, indem mehr Photonen absorbiert werden (Mehrphotonen-Ionisation). Diese Prozesse werden mit intensiven Laserstrahlen experimentell untersucht. Hier treffen wir auf einen Querschnitt für den Prozess, bei dem wir zunächst einen n-Photonen-Zustand (statt wie oben) und einen atomaren Grundzustand haben. Wenn die Intensität eines Photonenstrahls ausreichend hoch ist, aber die Photonenfrequenzen (dh ihre Energie) zu niedrig sind, um eine Ionisation zu verursachen, kann das Atom immer noch ionisiert werden, indem mehr Photonen absorbiert werden (Multiphotonen-Ionisation). Diese Prozesse werden mit intensiven Laserstrahlen experimentell untersucht. Hier treffen wir auf einen Querschnitt für den Prozess, bei dem wir zunächst einen n-Photonen-Zustand (statt wie oben) und einen atomaren Grundzustand haben. Wenn die Intensität eines Photonenstrahls ausreichend hoch ist, aber die Photonenfrequenzen (dh ihre Energie) zu niedrig sind, um eine Ionisation zu verursachen, kann das Atom immer noch ionisiert werden, indem mehr Photonen absorbiert werden (Multiphotonen-Ionisation). Diese Prozesse werden mit intensiven Laserstrahlen experimentell untersucht. Hier treffen wir auf einen Querschnitt für den Prozess, bei dem wir zunächst einen n-Photonen-Zustand (statt wie oben) und einen atomaren Grundzustand haben.
Ambivalenz
Peter Bernhard