Квантуется ли обмен энергией?

Обмен энергией квантуется при переходе электрона из одного связанного состояния в другое связанное состояние.

Это происходит не потому, что обмен квантуется по своей природе, а потому, что состояния, которые может занимать электрон, квантуются.

Таким образом, стандартный фотоэлектрический эффект, при котором фотон не может возбудить атом, если он не имеет минимальной энергии.

Однако,...

Существуют многофотонные процессы, посредством которых подпороговый свет может возбуждать переходы .

Поперечное сечение для них зависит от квадрата интенсивности (или хуже) и очень мало для любой разумной интенсивности света. Чтобы изучить или использовать их, вы получаете мощные лазерные системы с короткими импульсами. Где короткие импульсы означают наносекундные или более быстрые импульсы, а мощные означают «Не смотреть в луч оставшимся глазом» . Даже тогда вы не получите большую ставку.

Этими процессами можно пренебречь в лабораторных экспериментах, которые мы используем для изучения фотоэлектрического эффекта: вы просто не можете получить достаточную интенсивность. (См. ниже, насколько незначительно.)

Концептуальная модель здесь состоит в том, что первый фотон переводит электрон в недолговечное нестабильное состояние без четко определенных квантовых чисел, а второй появляется до того, как это состояние распадётся и закончит свою работу.

В настоящее время мы изучаем применение такого процесса для калибровки светоотдачи, непрозрачности в большом объеме сцинтилляционного материала.

Из New J.Phys.12:113024, 2010 :

Для газов сечение однофотонного поглощения$\sigma_1$обычно имеет порядок$10^{−17}\text{ cm}^2$, тогда как двухфотонное и трехфотонное сечения имеют порядок$\sigma_s = W/F_2 \approx 10^{−50}\text{ cm}^4\text{ s}$и$\sigma_3 = W/F_3 \approx 10^{−83}\text{ cm}^6\text{ s}^2$, соответственно.

Где$F$- интенсивность в фотонах в секунду, а W - скорость возбуждения в обратных секундах.

Если частота падающего излучения ниже пороговой частоты, то фотон либо полностью поглощается, либо не поглощается вовсе. Он поглощается только в том случае, если у него есть энергия, которой как раз достаточно, чтобы возбудить электрон в более высокое состояние, но недостаточно (меньше работы выхода), чтобы заставить электрон покинуть поверхность материала.

Единственный способ узнать, что энергия электрона квантуется в атоме, — это анализировать его спектр.

Для определенной частоты выше порога количество испускаемых электронов будет линейно увеличиваться с интенсивностью падающего излучения.

MC Physics возразит, что передача кинетической энергии полностью квантуется в каждой транзакции. Если фотон имеет недостаточную КЭ, чтобы вызвать испускание электрона с самой низкой связью из атома, это вызывает, по крайней мере, увеличение вибрации того атома, который излучает фотоны (рассматривается как тепло). Эти испускаемые фотоны затем передаются соседним атомам (рассматривается как теплопередача или нагрев материала).

Если КЭ поглощенного фотона достаточна для того, чтобы заставить атом испустить свой низший связанный электрон, тогда это произойдет. Поглощенные фотонные монозаряды могут испускаться или не испускаться.

Интенсивность света (скорость счета фотонов) подчиняется тем же правилам, но с повышенным влиянием температуры на внутренние колебания и электронные связи.