¿Cuántos fotones puede absorber un electrón y por qué?

Ilimitadamente muchos, porque el número de fotones no se conserva. Cada vez que empuja un electrón con un campo clásico, produce una cantidad infinita de fotones suaves (si el universo es plano en el infinito) y, a la inversa, cualquier campo de largo alcance que empuja al electrón tiene una cantidad infinita de fotones suaves absorbidos en un sentido, aunque no puedes diferenciar los fotones, por lo que no puedes distinguir los que fueron absorbidos de los que fueron emitidos.

Sería útil que su perfil diera una indicación de formación en física o incluso de edad.

Recomendaría navegar a través de los recursos de enseñanza del CERN .

¿Cuántos fotones puede absorber un electrón y por qué?

Recuerda a "cuántos ángeles pueden bailar en la punta de una aguja". :)

Si lee los enlaces proporcionados, comprenderá que una partícula elemental no absorbe un fotón, puede interactuar con un fotón y el resultado puede ser variable, pero siempre habrá dos partículas dentro y dos partículas fuera, debido a la conservación del momento. Los posibles resultados de la interacción de un fotón con un electrón se dibujan como diagramas de Feynman . Un mismo electrón en su trayectoria puede interactuar con un número ilimitado de fotones.

¿Pueden todas las partículas fundamentales que pueden absorber fotones absorber la misma cantidad de fotones y por qué?

Las partículas interactúan y no se absorben. Y la interacción con los fotones dependerá de las constantes de acoplamiento en los diagramas de Feynman. Si una partícula no tiene carga su probabilidad de interactuar con un fotón es muy baja, a través de diagramas de orden superior, por lo que no, no todas las partículas interactúan con la misma probabilidad con un fotón.

Si aumentamos la velocidad de una partícula fundamental, ¿aumentamos entonces la cantidad de fotones que puede emitir?

Una partícula fundamental cargada que interactúa con un campo eléctrico o magnético puede emitir fotones ( bremsstrahlung o radiación sincrotrón). Cuanto mayor sea la energía de la partícula, mayor será la probabilidad de que se emita un fotón de bremsstrahlung, así que sí, cuanto mayor sea la energía, más fotones de una partícula cargada se acelerarán en un campo magnético o eléctrico. Si la velocidad es constante no hay emisión.

A temperatura y masa constantes de una partícula fundamental aislada que no se mueve ni se moverá (velocidad constante y vibración 0), ¿emitir un fotón es la única forma de perder energía?

La temperatura no tiene significado a nivel de partículas. Es la energía cinética de la partícula en cuestión. Una partícula solo puede perder energía a través de interacciones con otras partículas/campos. A menos que interactúe, no pierde energía.

Editar para aclaración:

Lo anterior aborda la pregunta ingenua sobre la cantidad de fotones que puede absorber un electrón, y eso es cero para los electrones libres y los fotones continuos: hay interacción y no absorción.

Los electrones que están unidos en átomos o moléculas (o incluso cristales) están en un estado de energía cuantizado. Un fotón con la energía adecuada puede impulsar a un nivel cuantificado más alto que el electrón y luego será absorbido/desaparecerá. En este caso, de un pozo de potencial, un fotón puede ser absorbido por el sistema de electrones en el pozo de potencial a la vez. Podría haber un segundo fotón de energía apropiado que podría activarlo nuevamente, pero las veces que esto puede suceder son contables, y finalmente el electrón estará libre y el átomo ionizado. Por lo general, el electrón cae en cascada hacia el nivel inferior, emitiendo tal vez más fotones de menor energía a medida que cae. Un electrón enlazado específico puede ayudar en la absorción de un fotón por el sistema un número limitado de veces.

Un electrón solo puede alcanzar el estado de energía más alto posible antes de volver a su estado de energía original. En el caso de la partícula fundamental, el electrón, los estados de energía dependen del átomo como un todo, el electrón depende del núcleo.

1. no se puede determinar, ya que varía de átomo a átomo.

2. no necesariamente. Consulte el punto 1.

3. No. El número de fotones absorbidos y emitidos depende del estado de energía y no de la velocidad.

4. La partícula fundamental no emitirá fotones ya que no absorbió uno en primer lugar.

Según Compton Scattering, un electrón libre nunca puede absorber un fotón completo. Tiene que ceder una energía mínima cuya longitud de onda viene dada por

lambda' = lambda° + 2h/(m×c)

Donde m es la masa del electrón y c es la velocidad de la luz.

Un electrón enlazado puede absorber un fotón completo como vemos en el efecto fotoeléctrico.