¿Adónde van los fotones cuando son absorbidos?

La respuesta que suelo obtener (y estoy parafraseando aquí) es que desaparecen y, en cambio, se absorben como energía térmica.

Pero me cuesta creer que el fotón simplemente "desaparezca". El sentido común me dice que debe convertirse en una cosa u otra, no simplemente desaparecer; por otra parte, el sentido común me ha traicionado antes.

Perdóname si esto es obvio; estudiante de física de secundaria que acaba de aprender sobre la luz y está muy confundido por todo esto.

Imagina una banda elástica que vibra; ahora usa algo para detener esa vibración. Lo que sea con lo que lo detuviste habrá aumentado en energía (habiéndolo absorbido de la banda elástica). Nada "poofed" fuera de existencia. Un fotón no es estrictamente una onda, por supuesto, ni el campo EM es una banda elástica, pero a efectos de analogía, creo que funciona.
Me resulta difícil de creer... Por favor, vea esto: youtube.com/watch?v=iMDTcMD6pOw
Si lo prefiere, no sería demasiado erróneo pensar en una carga eléctrica como un agujero en el universo en el que pueden desaparecer fotones, o del cual pueden aparecer fotones. Es decir, la teoría más conocida (modelo estándar) para interacciones de fotones podría interpretarse de esa manera sin cambiar las matemáticas. SIN EMBARGO, este tipo de cosas es una pelusa; en realidad no tiene un significado propio (el único significado real es el de las matemáticas) y esta interpretación en particular no es convencional, por lo que no sería una buena idea mencionárselo a tu profesor. (Y probablemente tampoco debería mencionarlo aquí...)
¿En qué se diferencia "el fotón desaparece y se absorbe como energía térmica" de "el fotón se convierte en algo"? Específicamente, se convirtió en energía térmica. Porque se convirtió en otra cosa, no es un fotón, así que el fotón desapareció. Pero +1 por reconocer que el sentido común es falible y te daría otro +1 si pudiera, ya que las respuestas reales son mucho más interesantes que el argumento basado en la lógica que acabo de dar.
@aandreev Encuentro todas estas cosas cuánticas difíciles de creer. Es tan diferente a todo lo que he aprendido, donde ninguna de sus reglas parece aplicarse, y lo encuentro extremadamente difícil de creer. Creo que eso es natural. Y este mismo misterio me fascina absolutamente. Y creo que eso también es natural.
Si quieres, se convierte en un orbitón. Después de todo, cuando los electrones cambian de órbita a una energía más baja, ¿qué sucede? Un fotón: me gusta pensar que el fotón queda atrapado en el electrón. De esa forma ver la televisión se siente liberador :P

Respuestas (6)

Bueno, la respuesta que sueles obtener es la mitad de correcta. Desaparecen (más sobre esto en un segundo). Dudaría en decir que se convierten en "energía térmica", tanto porque no usamos el término "calor" de esa manera en un sentido técnico como porque la mayoría de las veces nos gusta hablar de átomos que absorben fotones. En este caso la energía del fotón se convierte en energía potencial del electrón que hizo la transición, y no hace falta hablar de calor.

Ahora bien, ¿puede desaparecer el fotón? La respuesta corta es sí. Cuando hablas de cosas que "no simplemente desaparecen de la existencia", lo que realmente estás describiendo es como una ley de conservación. Por ejemplo, decimos que la energía ni se crea ni se destruye. Su intuición de que las cosas no se "eliminan" probablemente se deba a su experiencia cotidiana de que los objetos generalmente se pueden dividir en partes, pero generalmente no se destruyen. Esto no es cierto en el sentido de la física de partículas, por lo general. Se debe tener en cuenta la energía transportada por ese fotón, al igual que su momento y momento angular. Pero el "número de fotones" no es una cantidad conservada como lo son la energía o (por ejemplo) la carga eléctrica. Un fotón realmente es solo una forma de ver las perturbaciones/excitaciones en el campo eléctrico, por lo que es "

También se puede correlacionar con el efecto fotoeléctrico, en el que la energía (el fotón) es absorbida por los electrones (?) y su energía aumenta, si la energía va más allá de la función de trabajo, se emite el electrón.
Verdadero. Solo quería elegir una respuesta que no fuera energía cinética y, por lo tanto, claramente no era "calor".

Cuando enciendes una bombilla, creas fácilmente muchos fotones. Pueden desaparecer con la misma facilidad. Eso es porque son bosones y no tienen carga.

Piense en las olas en un estanque. ¿De dónde "vienen" cuando arrojas una piedra? ¿Adónde van cuando se disipan?

De hecho, es una muy buena analogía en algunos aspectos porque las matemáticas que describen las ondas transversales son las mismas, pero difieren de una manera muy fundamental: las ondas están cuantificadas.

En la teoría cuántica de campos, el campo (la superficie del estanque) está en todas partes y puede excitarse (arrojar una piedra). Es el paso adicional de "todo o nada" lo que le da partículas, pero ese es otro paso agregado al problema. ¿A dónde va un bulto en la alfombra de un pasillo si logras pisotearlo en lugar de moverlo? El bulto no es una "cosa" sino un "estado". (Recuerdo "¿a dónde va tu regazo cuando te pones de pie?". Es divertido atribuir la cosidad de la misma manera que un objeto, pero es una descripción de un estado , no un átomo de materia. )

He escuchado la pregunta "¿a dónde va tu regazo?" antes, pero solo como una broma. Usarlo como una analogía para estados físicos como ese es brillante. (PD: las ondas estacionarias en la superficie de un estanque están cuantificadas ).
Las ondas estacionarias no tienen vueltas; las olas sentadas lo hacen. ¿Por qué las ondas estacionarias en un estanque, como en una guitarra, no pueden tener amplitud en la longitud de onda requerida para encajar?
Estoy bastante seguro de que los bultos de una alfombra (área excedente respecto al piso subyacente) es una cantidad conservada, que solo no se conserva en los límites de la alfombra. De qué simetría proviene la conservación del exceso de área, no estoy seguro.
Es interesante pensar en ello, hay exceso en dos dimensiones diferentes: una solución de canal perfecta no se puede empujar por los bordes largos, aunque siempre estén muy cerca. Una alfombra real tiene una pequeña cantidad de elasticidad y puede deslizarse contra el piso de madera. Eso permite que se disipe, y lo contrario explica por qué las jorobas pueden aparecer espontáneamente en medio de la alfombra de una habitación grande.

¿Cómo se crean los fotones?

Una partícula cargada en aceleración genera fotones tangencialmente como en desaceleración . ¿De dónde vienen estos fotones? De la energía transportada por el electrón. En este sentido, los fotones son solo un paquete de energía que está asociado con el campo electromagnético. Este tipo de interacciones de electrones e iones con campos ocurre en la fotósfera del sol, por ejemplo, generando el espectro de luz que observamos.

Un fotón puede interactuar con partículas cargadas y ceder parte de su energía o incluso toda, y luego "desaparece".

Los fotones también se pueden producir cuando los electrones que están unidos en los átomos por el campo eléctrico del núcleo, en orbitales estables pero en un nivel de energía excitado, caen al nivel de energía más bajo liberando un fotón. Un fotón de la misma energía podrá impulsar al electrón al nivel de energía más alto, desapareciendo en el proceso.

Este aparecer y desaparecer no es un atributo exclusivo de los fotones. En general, las partículas que se encuentran con sus antipartículas desaparecen, porque todos los números cuánticos suman cero. Un electrón que se encuentra con un positrón desaparece en dos fotones. ¿Adónde van los electrones y los positrones? El fotón es una partícula más simple ya que tiene menos números cuánticos que conservar, pero el fenómeno existe para todas las partículas en situaciones especiales, que descubrirás si continúas estudiando física.

¿Sería justo decir que un electrón o un positrón es un fotón que se enredó con un holón y un espín y se convirtió en un orbitón por un tiempo? El hecho de que los electrones puedan enredarse tiene más sentido para mí si hay un bosón zumbando en su interior a la velocidad de la luz, incluso si es virtual o una especie de bosón gague. Porque cualquier cosa que se mueva en c no experimenta el tiempo, y algo que no experimenta el tiempo hace que la rareza cuántica sea mucho más fácil de reconciliar.
No, la física no se trata de equidad sino de consistencia de modelos matemáticos con datos. Las partículas virtuales son ficticias, son una expresión matemática variable, no medible en ningún sentido. Una construcción modelo. Los electrones no tienen interior, son partículas puntuales.
Pero los fotones salen de los electrones en los experimentos todo el tiempo... ¿puedes probar que no es así? Sé que a los físicos les gusta imaginar que no hay fotones dentro de un pequeño bolsillo dentro de un electrón que entra y sale a medida que los fotones son absorbidos/emitidos, pero si los hubiera, ¿qué cambiaría?
@CommaToast El modelo estándar se llama modelo estándar porque se ajusta con gran precisión a una gran cantidad de mediciones y también predice mediciones futuras, como se ha visto en LHC. El electrón es una partícula puntual en esta teoría. No hay adentro. Si hubiera un interior como el que propones, el modelo estándar no funcionaría tan bien como lo hace. Tal hipótesis no se puede incorporar en el modelo estándar.

Un fotón, a diferencia de otras partículas, no tiene un número que deba conservarse, por lo que cuando se absorbe, toda la energía presente pasa a excitar la partícula que la absorbió, sin permitir que se rompa ninguna ley. Esto se debe al Teorema de Noether. http://en.m.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem

Esta es una respuesta terrible y una forma terrible de enseñar física. Plantea la pregunta de "¿Por qué no es necesario conservar los números de fotones?" , una pregunta para la que hay una respuesta muy física, fundamental. La naturaleza no se comporta porque las leyes de la física lo digan; las leyes de la física son como son porque la naturaleza y la lógica las obligan a ser así. La física no es dogmática: enseñar a los estudiantes que es dogmática perjudica a ambos.
Esta es una gran respuesta y una gran manera de enseñar física. Es una respuesta concisa y directa a una pregunta específica sobre un aspecto específico de la física. No crea una "dirección" artificial o distinción entre "física" y "las leyes de la física": no crea una abstracción artificial donde no se requiere ninguna. Las abstracciones artificiales son una forma efectiva de estructurar el conocimiento aprendido, pero una forma ineficaz de comunicar nuevos conceptos.
@J... Actúas como si tuviéramos que decir por qué las cosas no se conservan. Pero, ¿por qué deberíamos suponer que lo son?
@ACuriousMind No sugerí que deberíamos asumir esto, estoy protestando que deberíamos aceptar lo contrario sin pruebas. Plantea la pregunta simplemente porque la respuesta no tiene sustancia. Parafraseando la pregunta: "¿Cómo pueden desaparecer los fotones?" y luego responder con "Porque la física tiene una regla que dice que pueden" no nos lleva a ninguna parte. Si los números de fotones deben conservarse, deberíamos tener una razón para ello. Si no deben conservarse, también deberíamos tener un motivo. "Come tus vegetales porque son buenos para ti" es dogmático, no explica por qué los vegetales son buenos para ti.
(S) él es un estudiante de física superior que comienza la física básica de la luz. No quería que mi respuesta fuera confusa para él/ella.
@Jimmy360 Tratar de no ser confuso es un gran objetivo. Pero "número que debe conservarse" no es un concepto de nivel de escuela secundaria y todo lo que has hecho es parafrasear la pregunta. "¿Cómo pueden los fotones desaparecer de la existencia?" "Porque los fotones no tienen un número que deba conservarse". "¿Qué significa eso?" "Significa que los fotones se pueden crear y destruir". "Está bien, entonces los fotones pueden desaparecer. Pero, ¿cómo es eso?" "..."
Podría agregar una breve explicación del Teorema de Noether. De esa manera, puede apegarse al sencillo "los fotones no son una cantidad conservada" mientras aborda simultáneamente el lógico "¿Bueno, por qué algunas cosas se conservan pero otras no?" pregunta.

Voy a responder la pregunta en los términos más simples que conozco.
Suponga que tiene un solo átomo de hidrógeno. Si un fotón de la frecuencia "correcta" "golpea" el átomo, su electrón saltará a un estado excitado superior. Lo que esto significa es que la energía del fotón (el fotón mismo, ya que no tiene masa) se usa (entra) para hacer que el electrón se mueva a un estado excitado superior. En otras palabras, la energía cinética del fotón se convierte en energía potencial (el electrón tiene mayor energía potencial en el estado de mayor excitación).

Lo siento, pero la energía potencial es otra cosa que me cuesta entender.
La energía potencial es el "potencial para hacer trabajo". Un manantial, una banda elástica, agua sobre una cascada, todos estos son ejemplos de energía potencial. Cuando el electrón se mueve a un estado de energía "superior", tiene el potencial de ceder algo de energía, y esto se hace emitiendo otro fotón.

Una vez emitidos, los fotones son unidades indivisibles. Cuando un fotón choca con un electrón, ambos moviéndose en la misma dirección, el fotón será parcialmente absorbido y el electrón emitirá otro fotón con menor energía. Esto sucede, por ejemplo, en los aceleradores de partículas lineales. La energía del fotón pasa parcialmente al electrón y el electrón se mueve más rápido. Si un fotón golpea al electrón, ambos moviéndose uno contra el otro, el electrón se desacelera y emite fotones con más energía que la que tiene el fotón entrante.

Existe la posibilidad de imaginar cómo el fotón pasa al electrón. Para esto, hay que pensar en cómo se puede cuantificar un campo eléctrico, y también un campo magnético. Para esto se necesitan dos cuantos diferentes , uno de ellos está al final de los campos eléctricos de electrones y antiprotones y un cuanto, que está al final de los campos eléctricos de positrones y protones. Veo claramente la objeción de la gente bien educada. La física reclama la infinitud del campo eléctrico de los electrones y las demás partículas cargadas.

La postulación de tales dos cuantos tiene cierto encanto. A partir de estos cuantos es fácil diseñar líneas de campo eléctrico y magnético. Y el punto más importante es que todos los fotones (de diferente energía) también están hechos de estos dos cuantos.

Los fotones siempre se componen del mismo número de ambos cuantos. Las partículas con carga negativa tienen más cuantos negativos y esta diferencia es igual para todos los electrones y antiprotones. La misma diferencia pero con mayoría para cuantos positivos tienen positrones y protones. Los fotones emitidos y absorbidos no cambian la carga de las partículas. Pero los cuantos de los fotones se almacenarán parcialmente en las partículas cargadas o estas partículas devolverán los cuantos en forma de fotones de menor energía.

Este concepto permite mostrar que las partículas aceleradas tienen mayor masa y su carga se reduce cada vez más. Y este concepto -bajo la presunción de que existen líneas de campo y estas líneas de campo están formadas por estos dos cuantos en grupos con números continuamente cambiantes- permite mostrar que la atracción del electrón y el protón en el átomo tiene límites discretos.

Y ahora, por favor, olvídate de estos dos cuantos. Son solo un Gedankenexperiment porque hasta ahora el espectro electromagnético parece ser continuo y no hay evidencia de cuantificación. Pero es una imaginación increíble ver cómo los fotones no desaparecen cuando golpean un electrón, sino que viajan a lo grande en partículas cargadas.

Espero no ser hundido.

PSA: Esta respuesta puede ser descaradamente incorrecta, pero es un intento de responder la pregunta. Déle un voto negativo en lugar de marcarlo si no está de acuerdo.
-1 Esto es una tontería.
Esta respuesta confunde tantos conceptos.
La naturaleza de mi pregunta habla por sí sola de que no sé mucho sobre física. ¿Podrías explicarlo de forma más sencilla y evitar usar tanta jerga? Gracias.
Ni siquiera mal. Recuerde que los electrones pueden interactuar con fotones cuyas energías están en la escala de escala de la masa del electrón, pero al hacerlo, el electrón retiene la misma masa.
@dmckee La interacción electrón <-> fotón siempre va acompañada de una emisión secundaria de fotones del electrón excitado. Además, la ganancia de masa de electrones se aceleró, con respecto a la teoría de la relatividad de Einstein.
Por "masa" yo (y todos los demás físicos de partículas) me refiero a la masa invariante. Ese es mi punto, los electrones ganan energía pero su masa invariante no cambia, lo que contradice su construcción de inmediato, porque vincular más energía al electrón cambiaría su masa invariante.
@dmckee ¿Cómo se mide la masa invariable de un electrón? En resto para el marco de los experimentadores, creo. Esta vez el electrón ha perdido y ha vuelto a ganar los fotones. Vamos a tener una charla. Estoy ocupado a menudo y nuestras respuestas no serán tan rápidas y eso parece ser bueno para una discusión sustancial. :-)
No lo haces en el marco de descanso: esa es absolutamente la forma más difícil. Lo haces encontrando una manera de saber su energía y luego midiendo su impulso en un espectrómetro magnético.
@dmckee ¿Y el rastro del electrón depende de su velocidad?
¿Adónde van los fotones cuando son absorbidos?
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