Рассмотрим атом в возбужденном состоянии, излучающий фотон и переходящий в более низкое энергетическое состояние. Но фотоны имеют определенный угловой момент, сам импульс не определен. Будет ли в этом случае отдача атома из-за испускаемого фотона?
Импульс фотона не только определен, но и очень хорошо определен в знаменитом уравнении Эйнштейна:
что приводит для безмассовых фотонов к
Поэтому атомы отскакивают при испускании фотонов.
Противоположное явление — отталкивание атома при поглощении фотона — используется при лазерном охлаждении вблизи .
Частота лазера устанавливается чуть ниже выбранной линии атомного поглощения. Из-за эффекта Доплера поглощение происходит только для тех атомов с определенной составляющей скорости по направлению к лазеру.
Поглощение фотона и его импульса уменьшает эту составляющую скорости, что означает уменьшение кинетической энергии атома. Это приводит в больших масштабах к понижению температуры.
По сути, тепловая энергия тратится на добавление к недостаточной в противном случае энергии фотонов. Если полученная энергия высвобождается за счет излучения другого фотона, она имеет в среднем номинальную энергию линии поглощения с отрицательным результатом чистой энергии.
Как отметил @dmckee, безоткатный сценарий может быть реализован в твердых матрицах, если импульс распределяется по всей твердой матрице.
Эффект Мессбауэра (упоминается на странице лазерного охлаждения)
Эффект Мессбауэра, или ядерно-резонансная флуоресценция без отдачи, представляет собой физическое явление, открытое Рудольфом Мессбауэром в 1958 году. Оно включает резонансное и безоткатное испускание и поглощение гамма-излучения атомными ядрами, связанными в твердом теле. Его основное применение - мессбауэровская спектроскопия.
Путник очень хорошо ответил на ваш вопрос о линейном импульсе, но в вашем исходном вопросе упоминается угловой момент.
Мы знаем, что электроны могут занимать дискретные энергетические уровни в атоме, а также могут занимать дискретные состояния с угловым моментом (и спиновым импульсом). Они помечены квантовое число (и для отжима). Возможно, вы видели термин или раньше, а здесь буква обозначает угловой момент электрона (P для = 1). В самой простой ситуации электрон на энергетическом уровне n может находиться в одном из n различных состояний углового момента. Таким образом, переход между энергетическими уровнями также может быть переходом между состояниями с различным угловым моментом, и сохранение углового момента выполняется, потому что фотон переносит этот угловой момент. Это (частично) происхождение поляризованного света.
Импульс сохраняется, поэтому, когда фотон испускается, его импульс должен быть точно уравновешен изменением импульса излучателя. Скорость отдачи излучателя будет зависеть от его массы. Если фотон испускается изолированным атомом, то его импульс должен компенсироваться изменением импульса только этого атома, и в этом случае отдача будет намного больше, чем если бы испускающий атом был частью кристаллического твердого тела, где скорость отдачи может быть совершенно незначительной.
dmckee --- котенок экс-модератор