Каково конкретное взаимодействие фотона с частицей, посредством которого импульс передается давлению излучения?

Обновлено предисловие (в ответ на комментарии).

Согласно названию, этот вопрос сосредоточен на понимании «специфического взаимодействия фотонов и частиц, посредством которого импульс передается в радиационном давлении».

В исходный вопрос я включил предисловие, в котором приводился пример того, что я имел в виду под «радиационным давлением»: солнечные паруса. Это было только для примера. Вопрос не в солнечных парусах и не в классической теории, как рассчитать радиационное давление. «Солнечные паруса» упоминаются только как ориентация и свидетельство того, что имеет место реальное макроскопическое явление, не имеющее очевидного описания на детальном уровне специфического взаимодействия фотонов с частицами. Приношу свои извинения, если это упоминание ввело в заблуждение.

Информация, которую я ищу, — это описание того, что происходит на уровне специфического взаимодействия фотона с частицей для создания радиационного давления.

Далее следует исходный пост, дословно:

В этом вопросе под «радиационным давлением» подразумевается термин, используемый при описании поведения световых парусов. «конкретное взаимодействие фотон-частица» означает, что именно с частицами взаимодействуют фотоны, чтобы передать импульс столкнувшемуся объекту. Существуют формулы для расчета радиационного давления, однако они не описывают взаимодействие фотонов и частиц, создающее давление. Существуют фотонно-электронные взаимодействия отражения и преломления, однако они на 100% эластичны, что означает, что энергия не теряется и не приобретается, поэтому трудно понять, как они могут передавать энергию увеличенного импульса ударяемому объекту.

Гипотеза состоит в том, что фотоны сталкиваются с кварками в адронах столкнувшегося объекта. Тем не менее, я не видел каких-либо очевидных (т.е. через поиск в Google) документов, описывающих это.

Итак, вопрос: каково конкретное взаимодействие фотона с частицей, посредством которого импульс передается давлению излучения, и каковы ссылки на статьи, описывающие это?

Подождите, почему отражение и преломление являются «фотон-электронными взаимодействиями»? Это макроскопические явления. Кроме того, упругие столкновения постоянно передают импульс. Если движущийся бильярдный шар сталкивается с неподвижным шаром той же массы, первый шар передает весь свой импульс второму. В любом случае вы можете начать с вопроса о том, какие взаимодействия ответственны за отражение и преломление.
Фотоны и частицы — это и трудный, и менее полезный способ думать об этом вопросе. Серьезно. Рассматривайте это в классической электродинамике и покончим с этим.
Вопрос направлен на понимание возможных взаимодействий фотон/кварк с участием фотонов относительно низкой энергии. Радиационное давление как явление является потенциальным способом получения знаний об этом типе взаимодействия, поскольку это знание, по-видимому, не так легко найти.
Классическая теория говорит вам, что во взаимодействии преобладают (на много порядков) электроны, а затем соотношение сил между ЭМ и сильным взаимодействием говорит вам, что во взаимодействии между волной и ядром преобладает когерентное взаимодействие. со всем ядром (а в остатке преобладает взаимодействие с отдельными нуклонами). Кварки просто не входят в проблему. То, что вы предлагаете, похоже на попытку понять экономику большой страны, изучая сделки детского ларька с лимонадом.
@dmckee Классическая теория — это набор языковых метафор, которые абстрагируют набор математических формул, обеспечивающих относительно точные предсказания, но опускают такие детали, как точный способ передачи импульса фотона несущему массу кварково-глюонному супу в адронах в чтобы заставить их двигаться. Я начинаю приходить к выводу, что ответ «еще не охвачен современной общепринятой наукой». В 1880 году деление могло казаться невообразимым; к 1945 году они поняли, что делать с лимонами.
ОП должен переформулировать вопрос, поскольку становится очевидным, что его совсем не интересует вопрос, который он на самом деле задал о макроскопической механике солнечных парусов и передаче импульса, а исключительно основная ядерная физика, фермионы и квантовая когерентность.
@Thisiswhatyoudo Приношу свои извинения за возникшие трудности. Однако утверждение «вопрос, который он фактически ставил о макроскопической механике солнечных парусов» не является точным. Вопрос как в заголовке, так и в конце поста явно касается «специфического взаимодействия фотона с частицей», а слово «взаимодействие» несколько раз используется в предисловии. Я решил добавить предисловие, чтобы не ссылаться на чистую теорию, которая, как вы могли заметить, не дает ответа на вопрос. Тем не менее, я отредактирую вопрос.
Очевидный ответ на ваш вопрос, как фотон передает импульс упругой поверхности, состоит в том, чтобы спросить, что происходит с этой упругостью, когда столкновение происходит в пределах резонансного диапазона и частица поглощается?
@Steve: К сожалению, ни дополнительный вопрос, ни возможный ответ для меня не очевидны. Возможно, вы могли бы объяснить их более подробно.
@wayfarer, возможно, при просмотре я неправильно понял ваш вопрос - вы, похоже, приняли отражение и преломление, отметив, что они эластичны, а импульс приобретается за счет поглощения (т.е. преодоления любого упругого сопротивления). Но я думаю, вы спрашиваете более конкретно, как это поглощение работает внутри атома каким-то более глубоким способом, который я должен оставить для других.

Ответы (1)

Отдельный фотон несет энергию час ν и импульс час ν / с . Когда фотон поглощается материалом, энергия и импульс передаются поглотителю. Если фотон впоследствии испускается каким-либо процессом, то энергия и импульс уносятся испускаемым фотоном.

Если рассматривать фотоны в луче, направленном на идеальное плоское зеркало вдоль его вектора нормали, то в рамке зеркала каждый фотон вносит 2 час ν / с по инерции к зеркалу, где ν - частота фотона, измеренная в рамке зеркала. Это заставляет зеркало ускоряться.

В исходной системе покоя зеркала частота падающих фотонов остается прежней, но отраженный луч становится все более смещенным в красную сторону из-за отражения от удаляющегося зеркала. Таким образом, фотоны передают зеркалу и энергию, и импульс. Схематично так мог бы работать солнечный парус.

Ни одно из приведенных выше рассуждений не зависело от природы процессов поглощения или излучения. Как уже указывали комментаторы, сечение взаимодействия фотонов с электронами намного больше, чем сечение их взаимодействия с адронами. Практически говоря, адроны не вносят существенного вклада в поглощение или испускание фотонов.

«каждый фотон передает зеркалу импульс 2 hν / c». Однако на уровне частиц нет «зеркала», есть только совокупность частиц. «сечение взаимодействия фотонов с электронами намного больше, чем сечение их взаимодействия с адронами». И все же адроны имеют большую часть массы, к которой должен быть приложен импульс. Передается ли импульс электронам, а затем адронам? Я пытаюсь увидеть это с точки зрения специфического взаимодействия фотонов и частиц. Такое взаимодействие ДОЛЖНО происходить; вопрос, как именно?
Фотоны сначала передают импульс электронам. Затем электроны передают импульс ядрам посредством кулоновской силы (положительные заряды увлекаются отрицательными зарядами).
который инициировал поиск, который привел к этому: Vol. 25, № 17 | 21 августа 2017 г. | OPTICS EXPRESS 20803, в котором содержится следующая цитата: «В то время как в области теоретической квантовой механики ведутся различные споры о поведении импульса света на границе взаимодействия света и материи [39–41], другие области науки и технология постоянно предоставляют подтверждающие доказательства принципов применения и использования некоторых из ее эффектов». т.е. точные измерения, но точное объяснение все еще обсуждается. Все еще кажется неустроенным.
Доступная ссылка на полный текст этой статьи находится здесь: osapublishing.org/DirectPDFAccess/…
В этой статье 2004 года подробно описывается, как рассчитать передачу импульса фотона различным материалам, и в то же время почти ничего не говорится о взаимодействии фотонов с частицами. Это, как правило, усиливает мое подозрение, что по этому конкретному вопросу нет широко опубликованных научных данных. osapublishing.org/oe/…
@wayfarer В статье 2004 года, на которую вы ссылаетесь, подробно обсуждается, как классические законы электродинамики позволяют понять радиационное давление как взаимодействие между электрическим полем света и электронами проводимости материала мишени. Когда кто-то хочет рассмотреть взаимодействие отдельных фотонов с материалом, необходимо квантово-механическое описание, но оно сводится к классическому результату, когда речь идет о большом наборе фотонов. Опять же, взаимодействие происходит с электронами, и нет неразгаданной тайны с участием адронов.
Это снова расчет против объяснения. Расчет не в центре внимания. Повторяю, именно объяснение специфического «взаимодействия отдельных фотонов с веществом» и находится в центре моего вопроса. Если нет никакой загадки, то должно быть простое объяснение, использующее что-то вроде диаграмм типа Фейнмана. Существует значительный интерес к расчетам по производственным причинам. Подробное объяснение взаимодействия фотонов с частицами должно помочь обосновать и улучшить такие расчеты. Если такое объяснение существовало, то почему оно обычно не цитируется?
Причина, по которой квантово-механическое описание взаимодействия отдельных фотонов с электронами материала мишени обычно не обсуждается в промышленных приложениях, заключается в том, что оно бесполезно. В промышленных целях вы никогда не имеете дело с отдельными фотонами, вы имеете дело с макроскопическими свойствами света, а его взаимодействие с электронами можно прекрасно описать с помощью классической электродинамики.
Если вам нужно описание квантовой механики, вероятно, вам нужно начать с учебника по квантовой электродинамике. Вы спрашиваете о диаграммах Фейнмана, и они дают компонент ответа, но на самом деле фотоны в некотором смысле взаимодействуют со всеми электронами в материале одновременно, и окончательный результат вычисляется с помощью интеграла по путям. Опять же, это излишество, если вы просто пытаетесь понять, как работает что-то вроде солнечного паруса. Также см. ответ на этот вопрос, получивший наибольшее количество голосов: physics.stackexchange.com/questions/1909/…
Пожалуйста, перечитайте исходный вопрос и его обновление: я не пытаюсь понять, как работают солнечные паруса. Я пытаюсь понять, как фотоны передают импульс частицам. Сообщение, которое вы процитировали, интересно, однако в комментарии Чада Орзеля говорится: «Вопрос о том, каков импульс фотона внутри материала с показателем преломления n, является сложным и тонким». что указывает на то, что вопрос все еще открыт. Я понимаю, что вопрос может быть узконаправленным, однако на него нельзя ответить, ссылаясь на связанный предмет.
Возможно, эта ветка трудна отчасти потому, что я, по-видимому, спрашиваю о чем-то, о чем, возможно, даже не спрашивают очень часто. Поэтому мне приходится использовать косвенные ссылки, чтобы добраться до него: радиационное давление, солнечные паруса, промышленное использование, диаграммы Фейнмана, квантовая механика. Люди реагируют на ответы об этих вещах и используют такие фразы, как «в некотором смысле». Однако суть не в этих темах. Дело в том, что фотоны каким-то образом передают импульс адронам. Это было в центре вопроса из исходного поста, и на него не было ответа, даже метафорически.
Каково конкретное взаимодействие фотона с частицей, посредством которого импульс передается давлению излучения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v