El electrón libre no puede absorber un fotón [duplicado]

¿Por qué un electrón libre no puede absorber un fotón? Pero uno unido a un átomo puede... ¿Me puede explicar lógicamente y con ecuaciones fáciles? Gracias..

No me di cuenta de que un electrón libre no podía absorber un fotón. O al menos nunca lo pensé, pero lo haré ahora. Eso hace que la interacción fotón/electrón sea un poco más interesante cuando piensas en experimentos de doble rendija con electrones y observaciones.
Oh, sí, lo tengo escrito en mi cuaderno, pero no entendí la explicación de mi maestro..
Me gustaría mencionar que un electrón en el proceso de Bremsstrahlung no está LIGADO al ion, pero un fotón lo impacta y cambia la trayectoria del electrón.

Respuestas (4)

No puedo creer que no puedo encontrar un duplicado. Es porque la energía y el momento no se pueden conservar simultáneamente si un electrón libre absorbiera un fotón. Si el electrón está unido a un átomo, entonces el átomo mismo puede actuar como un depósito de energía y momento del tercer cuerpo.

Detalles abajo:

Conservación del impulso cuando un fotón ( v ) interactúa con un electrón libre, suponiendo que fuera absorbido , nos da

(1) pags 1 + pags v = pags 2 ,
dónde pags 1 y pags 2 son el momento del electrón antes y después de la interacción. La conservación de la energía nos da
(2) ( pags 1 2 C 2 + metro mi 2 C 4 ) + pags v C = ( pags 2 2 C 2 + metro mi 2 C 4 )
Elevando al cuadrado la ecuación (2) y sustituyendo por pags v de la ecuación (1), tenemos
pags 1 2 C 2 + metro mi 2 C 4 + 2 ( pags 2 − pags 1 ) ( pags 1 2 C 2 + metro mi 2 C 4 ) + ( pags 2 − pags 1 ) 2 C 2 = pags 2 2 C 2 + metro mi 2 C 4
( pags 2 − pags 1 ) 2 C 2 − ( pags 2 2 − pags 1 2 ) C 2 + 2 ( pags 2 − pags 1 ) C ( pags 1 2 C 2 + metro mi 2 C 4 ) = 0
Claramente pags 2 − pags 1 = 0 es una solución a esta ecuación, pero no puede ser posible si el fotón tiene un momento distinto de cero. Dividiendo por esta solución nos queda
( pags 1 2 C 2 + metro mi 2 C 4 ) − pags 1 C = 0
Esta solución también es imposible si el electrón tiene una masa en reposo distinta de cero (que la tiene). Por lo tanto, concluimos que un electrón libre no puede absorber un fotón porque la energía y el momento no se pueden conservar simultáneamente.

NB: La demostración anterior asume una interacción lineal. En general pags v → , pags 1 → y pags 2 → no estaría alineado. Sin embargo, siempre puede transformar a un marco de referencia donde el electrón está inicialmente en reposo para que pags 1 → = 0 y entonces la cantidad de movimiento del fotón y la cantidad de movimiento del electrón después de la interacción tendrían que ser iguales. Esto lleva entonces al resultado absurdo de que o bien pags 2 = 0 o metro mi C 2 = 0 . Esta es probablemente una prueba más elegante.

Por george, creo que lo tiene.
+1. ¿Esto implica que en la dispersión de Compton, el electrón está en una "capa fuera de masa"? Me preguntaba cómo evitar confusiones (como esta) entre las leyes de conservación de la dispersión asintótica (cuatro vectores entrantes bien definidos) y un proceso virtual dentro de un diagrama (comúnmente se llama absorción también dentro de un diagrama, creo - "En compton dispersando el electrón es absorbido y emitido", podría decir la gente).
Esta respuesta supone que la masa del electrón es la misma antes y después de la absorción. ¿Qué justifica eso?
@WillO La masa en reposo de un electrón es invariante.
@RobJeffries: Me disculpo de antemano por el hecho de que si tuviera una mejor educación no tendría que preguntar esto, pero: ¿Por qué la combinación de electrones y fotones no puede tener una nueva masa en reposo que permita que tanto la energía como el impulso ser conservado? Si los electrones se definen de tal manera que su masa es invariable, entonces no podemos llamar electrón a esta nueva partícula. Pero todavía no veo por qué no puede existir.
@WillO ¿Qué nueva partícula estás planteando como hipótesis? O más bien, ¿qué leyes de conservación propone violar? El principal problema sería la conservación del número de leptones.
@RobJeffries: Gracias por esto. Trabajaré en digerirlo. No veo por qué el número de leptones es un problema, pero tal vez me estoy perdiendo algo. Sea como fuere, esto parece sugerir que la conservación de la energía y el impulso no son suficientes, también necesitamos otras leyes de conservación. ¿No?
@WillO necesitas leer algunas cosas sobre las leyes de conservación en la física de partículas. No puede simplemente convertir un electrón en una partícula más inactiva porque habría reducido el número de leptones de electrones en 1. Consulte physnet.org/modules/pdf_modules/m256.pdf
@RobJeffries: Gracias por esto. Comenzaré con tu enlace y veré qué puedo aprender.
Olvidó agregar Higgs y Z a la imagen de su "conservación".

Los electrones en un láser de electrones libres en realidad no son libres en el sentido utilizado para la pregunta. Están estrictamente controlados por un campo magnético oscilante, de modo que emiten una radiación coherente. Un electrón no puede absorber un fotón por sí mismo, porque no se puede obtener la conservación de la energía y el momento solo con el electrón. ( fuente )

Más información: http://en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_laser

El libro está mal. Ver dispersión de Compton.

En la dispersión Compton se emite un fotón con un momento diferente.
...pero también se absorbe un fotón? Tal vez el punto de las 'notas de los profesores' esté relacionado con la conservación de alguna cantidad (¿momento angular?), Que puede ser roto por partículas virtuales. En cualquier caso, "El electrón libre no puede absorber un fotón" es una mala manera de representar algo así.
Mmm, tal vez quiere decir que no se puede absorber por completo, sino parcialmente, de modo que la cantidad absorbida se convierte en energía cinética para el electrón, ¿verdad?
No sabía si el OP preguntaba si se puede absorber por completo . En teoría (dependiendo del marco de referencia de los observadores), el fotón del producto puede tener un momento insignificante, de modo que casi todo se absorbe.
Pero, ¿por qué no puede simplemente absorberlo por completo? Si hay un espacio para que el electrón dentro de él absorba el fotón en primer lugar, ¿por qué no se queda dentro del electrón? Podría tener algo mal aquí. .
Lo siento, no sabía que querías decir completamente. Creo que es una buena pregunta y la voté.
Parcialmente absorbido está un poco mal definido. Tal vez ayudaría si buscara algunas leyes de conservación en las notas de clase donde se menciona esto (una ley de conservación, que podría violarse y, por lo tanto, prohibir tal cosa).
'dentro de un electrón' también está mal definido :) Si el fotón se absorbe, simplemente deja de existir. Es un bosón, y no es necesario conservar el número de bosones (a diferencia de la carga, el número bariónico, etc.).
En mi opinión, esta respuesta no es lo suficientemente completa como para ser útil.
Vea la respuesta de Rob Jeffries. Creo que es correcto.

La afirmación de que los electrones libres no pueden absorber (ningún) fotón se puede refutar de inmediato. En un acelerador de partículas, ¿cómo se aceleran los electrones? Por campos electromagnéticos. Y un campo EM no es más que un montón de fotones. Para conservar el impulso y otras propiedades, el electrón emite fotones de retorno. En el caso de la aceleración de electrones, estos fotones emitidos tienen menos energía que los fotones entrantes.

"Y un campo EM no es más que un montón de fotones". ...esto está mal. Un campo EM clásico es solo eso, un campo clásico, y muchos fotones son solo eso: muchos fotones. Las ondas EM clásicas tienen cierta relación por estar "hechas de fotones", cf. esta pregunta , pero en general, es completamente erróneo decir que el campo clásico está hecho de los cuantos del campo cuántico.
@ACuriousMind Ambos estamos obsesionados por algunas imaginaciones. Pero prefiero responder a las preguntas, respuestas y comentarios. La argumentación es algo diferente del estado de algo. Estaré feliz de ser refutado paso a paso, pero lea mis preguntas y respuestas y las respuestas. Lo que escucho es que esto no se enseña. ¿Es este el único argumento? Pobre discusión. Intenta destruir mi cadena de fenómenos bien conocidos.
parece que debe emitir fotones de vuelta de la misma energía. Después de la primera oración, estaba esperando algo sobre las matemáticas clásicas de la radiación de Cherenkov ... (no la radiación de Cherenkov inversa)
El electrón libre no puede absorber un fotón [duplicado]
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