¿Está cuantificado el intercambio de energía?

El intercambio de energía se cuantifica cuando se mueve un electrón de un estado ligado a otro estado ligado .

Esto no se debe a que el intercambio esté inherentemente cuantificado, sino a que los estados que puede ocupar el electrón están cuantificados.

Así, el efecto fotoeléctrico estándar en el que un fotón no puede excitar un átomo a menos que tenga una energía mínima.

Sin embargo,...

Existen procesos multifotónicos mediante los cuales la luz por debajo del umbral puede excitar las transiciones .

La sección transversal para ellos va por intensidad al cuadrado (o peor) y es muy pequeña para cualquier intensidad de luz razonable. Para estudiarlos o emplearlos, se obtienen potentes sistemas láser de pulsos cortos. Donde pulso corto significa pulsos de nanosegundos o más rápidos y poderoso significa "No mire al haz con el ojo restante" . Incluso entonces no obtienes mucha tasa.

Estos procesos son absolutamente insignificantes para el tipo de experimento de mesa que usamos para enseñar el efecto fotoeléctrico: simplemente no se puede obtener suficiente intensidad. (Vea a continuación qué tan insignificante).

El modelo conceptual aquí es que el primer fotón empuja al electrón a un estado inestable de corta duración sin números cuánticos bien definidos, y el segundo llega antes de que ese estado decaiga y termine el trabajo.

Actualmente estamos explorando la aplicación de dicho proceso para calibrar los rendimientos de luz y las opacidades en un gran volumen de material centelleante.

De New J.Phys.12:113024, 2010 :

Para gases, la sección transversal de absorción de un fotón$\sigma_1$es típicamente del orden de$10^{−17}\text{ cm}^2$, mientras que las secciones transversales de dos y tres fotones son del orden de$\sigma_s = W/F_2 \approx 10^{−50}\text{ cm}^4\text{ s}$y$\sigma_3 = W/F_3 \approx 10^{−83}\text{ cm}^6\text{ s}^2$, respectivamente.

Dónde$F$es la intensidad en fotones/segundo y W es la tasa de excitación en segundos recíprocos.

Si la frecuencia de la radiación incidente es inferior a la frecuencia umbral, entonces un fotón se absorbe por completo o no se absorbe en absoluto. Se absorbe solo si tiene una energía que es suficiente para excitar al electrón al estado superior, pero no suficiente (menos que la función de trabajo) para hacer que el electrón abandone la superficie del material.

La única manera de saber que la energía del electrón está cuantizada en un átomo es analizando su espectro.

Para una frecuencia particular por encima del umbral, el número de electrones emitidos aumentará linealmente con la intensidad de la radiación incidente.

MC Physics respondería que las transferencias de energía cinética están totalmente cuantificadas en cada transacción. Si el fotón tiene una EC insuficiente para hacer que un átomo emita un electrón de enlace más bajo, provoca, al menos, un aumento en la vibración de ese átomo que emite fotones (visto como calor). Esos fotones emitidos luego se transfieren a los átomos cercanos (visto como transferencia de calor o calentamiento del material).

Si la KE de un fotón absorbido es suficiente para hacer que un átomo emita su electrón ligado más bajo, entonces lo hará. Las monocargas fotónicas absorbidas pueden emitirse o no.

La intensidad de la luz (tasa de conteo de fotones) sigue las mismas reglas, pero con un mayor efecto de la temperatura sobre la vibración interna y los enlaces de electrones.