Wie viele Photonen kann ein Elektron absorbieren und warum?

Unbegrenzt viele, weil die Photonenzahl nicht erhalten bleibt. Jedes Mal, wenn Sie ein Elektron mit einem klassischen Feld anstoßen, erzeugen Sie unendlich viele weiche Photonen (wenn das Universum im Unendlichen flach ist) und umgekehrt hat jedes Feld mit großer Reichweite, das das Elektron anstößt, unendlich viele weiche Photonen, die in gewisser Weise absorbiert werden. Obwohl Sie Photonen nicht unterscheiden können, können Sie die absorbierten von den emittierten nicht unterscheiden.

Es wäre hilfreich, wenn Ihr Profil einen Hinweis auf die Ausbildung in Physik oder sogar auf das Alter geben würde.

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Wie viele Photonen kann ein Elektron absorbieren und warum?

Erinnert an „wie viele Engel auf einer Nadelspitze tanzen können“. :)

Wenn Sie die bereitgestellten Links lesen, werden Sie verstehen, dass ein Elementarteilchen kein Photon absorbiert , es kann mit einem Photon interagieren und das Ergebnis kann variabel sein, aber aufgrund der Impulserhaltung werden immer zwei Teilchen hinein und zwei Teilchen heraus sein. Die möglichen Ergebnisse der Wechselwirkung eines Photons mit einem Elektron werden als Feynman-Diagramme gezeichnet . Dasselbe Elektron kann auf seiner Flugbahn mit einer unbegrenzten Anzahl von Photonen wechselwirken.

Können alle Elementarteilchen, die Photonen absorbieren können, die gleiche Menge an Photonen absorbieren und warum?

Partikel interagieren und absorbieren nicht. Und die Wechselwirkung mit Photonen hängt von den Kopplungskonstanten in den Feynman-Diagrammen ab. Wenn ein Teilchen keine Ladung hat, ist seine Wahrscheinlichkeit, mit einem Photon zu interagieren, durch Diagramme höherer Ordnung sehr gering, also nein, nicht alle Teilchen interagieren mit der gleichen Wahrscheinlichkeit mit einem Photon.

Wenn wir die Geschwindigkeit eines fundamentalen Teilchens erhöhen, erhöhen wir dann die Menge an Photonen, die es emittieren kann?

Ein geladenes Elementarteilchen, das mit einem elektrischen oder magnetischen Feld wechselwirkt, kann Photonen ( Bremsstrahlung oder Synchrotronstrahlung) emittieren. Je höher die Energie des Teilchens, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass ein Bremsstrahlungsphoton emittiert wird, also ja, je höher die Energie, desto mehr Photonen von einem geladenen Teilchen beschleunigen in einem magnetischen oder elektrischen Feld. Wenn die Geschwindigkeit konstant ist, gibt es keine Emission.

Ist die Emission eines Photons bei konstanter Temperatur und Masse eines isolierten Elementarteilchens, das sich nicht bewegt und nicht bewegen wird (konstante Geschwindigkeit und 0 Schwingung), die einzige Möglichkeit, Energie zu verlieren?

Auf Partikelebene hat die Temperatur keine Bedeutung. Es ist die kinetische Energie des betreffenden Teilchens. Ein Teilchen kann nur durch Wechselwirkungen mit anderen Teilchen/Feldern Energie verlieren. Wenn es nicht interagiert, verliert es keine Energie.

Zur Klarstellung bearbeiten:

Das Obige befasst sich mit der naiven Frage nach der Anzahl der Photonen, die ein Elektron absorbieren kann, und das ist Null für freie Elektronen und Kontinuumsphotonen: Es gibt Wechselwirkung und keine Absorption.

Elektronen, die in Atomen oder Molekülen (oder sogar Kristallen) gebunden sind, befinden sich in einem quantisierten Energiezustand. Ein Photon mit der entsprechenden Energie kann das Elektron auf ein höheres quantisiertes Niveau bringen und dann wird es absorbiert/verschwinden. In diesem Fall kann von einem Potentialtopf jeweils ein Photon durch das System Elektron im Potentialtopf absorbiert werden. Es könnte ein zweites Photon mit geeigneter Energie geben, das es wieder hochschleudern könnte, aber die Zeiten, die dies passieren kann, sind zählbar, und schließlich wird das Elektron frei und das Atom ionisiert sein. Normalerweise kaskadiert das Elektron auf die untere Ebene und emittiert beim Fallen möglicherweise mehr Photonen mit niedrigerer Energie. Ein bestimmtes gebundenes Elektron kann bei der Absorption eines Photons durch das System eine begrenzte Anzahl von Malen helfen.

Ein Elektron kann nur den höchstmöglichen Energiezustand erreichen, der ihm erlaubt ist, bevor es wieder in seinen ursprünglichen Energiezustand zurückfällt. Im Falle des fundamentalen Teilchens, des Elektrons, hängen die Energiezustände vom Atom als Ganzes ab - das Elektron hängt vom Kern ab.

1. kann nicht bestimmt werden, da sie von Atom zu Atom unterschiedlich ist.

2. nicht unbedingt. Siehe Punkt 1.

3. Nein. Die Anzahl der absorbierten und emittierten Photonen hängt vom Energiezustand und nicht von der Geschwindigkeit ab.

4. Das fundamentale Teilchen wird keine Photonen emittieren, da es überhaupt keines absorbiert hat.

Nach der Compton-Streuung kann ein freies Elektron niemals ein vollständiges Photon absorbieren. Es muss eine Mindestenergie abgeben, deren Wellenlänge durch gegeben ist

Lambda' = Lambda° + 2h/(m×c)

Wobei m die Masse des Elektrons und c die Lichtgeschwindigkeit ist.

Ein gebundenes Elektron kann ein vollständiges Photon absorbieren, wie wir beim photoelektrischen Effekt sehen.