Cuando un átomo es excitado por un fotón y hay una transición de electrones del estado fundamental al estado excitado, del nivel de energía 1 (E1) al nivel de energía 2 (E2), entiendo que la energía del fotón excitado debe ser igual a E2 – E1 = hf (siendo h la constante de Planck y f la frecuencia del fotón). Pero mi duda es si:
a) el electrón estaba vibrando a la frecuencia f y experimenta un aumento de amplitud, es decir, vibra más lejos del núcleo o
b) el electrón vibraba a, digamos, f1 y su frecuencia aumenta a f2 porque el fotón excitado tiene una frecuencia f2 – f1.
He leído las dos explicaciones.
El que ciertamente prefiero es a), porque está más en línea con la analogía clásica de una onda estacionaria, donde la primera energía entrante solo puede interactuar con un modo que vibra a la misma frecuencia que el estímulo y los modos de segunda vibración son ortogonales, por lo que la energía entrante la energía no puede propiciar un cambio de modo, sólo un cambio de amplitud dentro del modo en cuestión…
Así, la peculiaridad del reino cuántico sería precisamente que existe una unidad mínima de estímulo luminoso que está relacionada con su frecuencia y definida como hf, a la que llamamos fotón. Por cierto, diría que esto no sería una gran peculiaridad porque me imagino que si quiero excitar una cuerda atada por los dos extremos, para hacerla vibrar en una de sus frecuencias o tonos naturales (f), debo hacerlo. con un estímulo cuya intensidad se calcularía en vista de la naturaleza del desafío: como producto de f (que es después de todo lo que quieres que haga la cuerda, es decir, vibre a esta frecuencia pero más intensamente) por algún factor que juega el papel de h y relacionado (supongo) con las características de la cuerda…
Pero, por favor, no prestes mucha atención a estas últimas divagaciones..., la pregunta es solo: ¿es a) o b) la explicación correcta sobre qué cambios en una transición de electrones: amplitud o frecuencia?
Editar : me di cuenta de que puede haber cierta ambigüedad en la pregunta. Un escenario probable es que el átomo no contenga oscilación a una frecuencia dada y después de la incidencia del fotón adquiera dicha frecuencia. Diría que esto cae en la categoría a) (cambio de amplitud), porque antes la amplitud a esa frecuencia era cero y se convierte en lo que sea, pero alguien podría interpretar que esto es un cambio de frecuencia (una frecuencia que era aceptable, pero estaba latente , se vuelve real). De todos modos, llamemos a este caso c) por conveniencia.
También me gustaría aclarar qué significa el caso b) en mi pregunta: significa que existía un modo de oscilación en f1 y (debido a un fotón que oscila en f2 - f1) tal modo f1 desaparece y da paso a un modo f2.
La respuesta correcta es b).
"Vibración" no es la palabra que usaría para un estado estacionario, pero esos estados tienen factores de fase .
Las superposiciones de estados propios con diferente paridad tienen una distribución de densidad de carga que oscila con una frecuencia dada por la diferencia de energía. Aquí una animación de una partícula en una caja en una superposición del estado fundamental y el primer estado excitado. Entonces irradiará o absorberá radiación de un campo eléctrico oscilante con esa frecuencia.
Ahora, hace más de cien años que la narrativa se ha afianzado: a saber, que el fotón impulsa al electrón a un orbital más alto y, posteriormente, el electrón vuelve a caer al estado fundamental, emitiendo un fotón.
NO HAY EXPERIMENTO QUE CONFIRME ESTA NARRATIVA. Nadie ha disparado nunca un fotón a un átomo de hidrógeno aislado. Nadie ha visto nunca al átomo saltar al estado excitado. Nadie ha visto jamás que el átomo vuelva a su estado fundamental. Y nadie ha visto ni medido nunca la salida de nuevos fotones.
Esto es lo que nos dice la mecánica cuántica. Si usa la teoría de la perturbación para resolver la ecuación de Schroedinger para el átomo de hidrógeno en presencia de un campo eléctrico, encontrará que el estado fundamental tiene un momento dipolar, que se aproxima más fácilmente como la superposición del estado 1s y el estado 2p. Si luego hace que el campo eléctrico oscile, el estado fundamental seguirá a la oscilación.
Habrá un retraso de tiempo y, en general, la oscilación del momento dipolar será muy leve. Pero a ciertas frecuencias la oscilación puede llegar a ser bastante fuerte. En particular, el átomo de hidrógeno oscila bastante fuerte a la diferencia de frecuencia de los estados 1s y 2p.
Entonces, si todo el sistema se pone en una caja... el átomo de hidrógeno y el campo eléctrico oscilante... el estado fundamental efectivo es el átomo de hidrógeno oscilante sentado en el campo eléctrico oscilante. Para campos pequeños, si duplica el campo, el átomo de hidrógeno oscila el doble de fuerte. Si reduce a la mitad el campo, la oscilación se reduce a la mitad.
NO HAY CAMPO MÍNIMO Y NO HAY OSCILACIÓN MÍNIMA. Si maneja el átomo con un campo oscilante muy débil durante un período de tiempo muy corto, el átomo oscila un poco y luego se vuelve a calmar. Lo mismo que si condujeras una antena receptora durante un corto período de tiempo con una onda de radio. Y al igual que una antena receptora, durante el tiempo en que el átomo está oscilando, también funciona como una antena transmisora, emitiendo radiación en el patrón de dona clásico familiar para los estudiantes de teoría electromagnética.
No hay diferencia entre el átomo de hidrógeno y la antena de radio. Oscila cuando es impulsada por un campo oscilante, y durante ese tiempo emite energía. No se requiere un "cuanto" mínimo de energía para iniciar la oscilación, ni un "cuanto" mínimo de energía que se disperse.
No hay absolutamente ninguna forma experimental de distinguir la narrativa estándar (con sus fotones y saltos cuánticos) del mecanismo simple (y francamente obvio) que he explicado aquí.
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Emilio Pisanty
Sierra