Momento y aceleración de un átomo después de la emisión de un fotón?

Mi introducción a este concepto fue el libro "Teoría cuántica" de David Bohm, donde sugiere (como era de esperar) que preguntas como las anteriores no tienen ningún análogo clásico en ningún nivel, y que esto se debe a que todas están vinculadas con el centro. concepto que subraya en el primer capítulo de su libro.

Su punto es que los procesos cuánticos, una vez que comienzan, son deterministas en el sentido de que no pueden detenerse, revertirse o tratarse de ninguna manera clásica. Escribo esto, no como una respuesta, aunque creo que es la única respuesta que tenemos actualmente, sino con la esperanza de que en los más de 60 años desde la publicación del libro, alguien pueda decirme si esto es, o no, todavía experimental. verificado

La emisión de fotones no es un proceso instantáneo. La evolución temporal de, digamos, un átomo excitado en una cavidad es perfectamente continua. El campo electromagnético comienza en el estado$|0 \text{ photons}\rangle$, entonces se convierte en una superposición de$|0 \text{ photons}\rangle$y$|1 \text{ photons}\rangle$. De manera similar, el estado del átomo cambia suavemente entre$|\text{stationary, excited} \rangle$y$|\text{moving, not excited} \rangle$. Todo esto sucede en una escala de tiempo del orden de la vida.$\tau$del estado excitado.

La idea de que la emisión es instantánea proviene de un punto de vista clásico: clásicamente, puede haber cero fotones o un fotón a la vez, pero no ambos, por lo que debemos haber cambiado entre esos estados en algún momento. Pero en realidad estos son solo dos estados del campo electromagnético (cuántico), que pueden superponerse como cualquier otro par de estados cuánticos.

Aquí está mi punto de vista, es intuitivo que el fotón no se acelera, ¿verdad? ¿Por qué?, porque la emisión clásicamente hablando de fotones es solo una fluctuación o variación en el campo eléctrico por decir. Debes haber oído hablar de cómo los fotones o la radiación electromagnética se generan al acelerar electrones o cualquier partícula cargada. Ahora vamos al átomo, tiene masa y si quieres cambiar la velocidad de algún objeto que tiene una masa en reposo distinta de cero, entonces necesitamos fuerza. Entonces, creo que el átomo se acelera, pero luego me preguntarán, ¿cuál es la fuerza y ​​cuál es el tiempo de impacto? Si idealmente considero que se libera un solo fotón, entonces la fuerza se deberá a la energía o las interacciones involucradas en el proceso, y el tiempo será exactamente el mismo.$\dfrac{1}{\nu}$donde$\nu$es la frecuencia del fotón liberado. En lugar de aceleración mejor considere el impulso,$F\Delta t=\Delta P$Porque si el tiempo de intracción es muy pequeño calculamos impulso en lugar de aceleración, lo mismo que golpear una pelota con un bate de béisbol.

Considere esto, como en un espacio libre de gravedad, mantuve una bomba encerrada dentro de una caja, y cuando exploté, la caja se partió a la mitad y se movió en dirección opuesta con el mismo impulso. Igual que tu situación atómica. Aquí consideramos el impulso y no la aceleración de la caja.

$Vivek$

El impulso depende de la longitud de onda (energía). El tiempo desde que comienza la ola hasta que alcanza su fase superior será el tiempo de aceleración. La cantidad de aceleración depende de la masa del átomo.

Lo que me molesta es que el fotón no se acelera, tiene este impulso inmediatamente cuando se emite, lo que significa que el átomo también debe tener este impulso (pero negativo) cuando se emite la foto.

Para entender esto, le recomiendo que eche un vistazo a la producción de pares y la dispersión de Compton , o debería decir la dispersión de Compton inversa . También tenga en cuenta que en los orbitales atómicos los electrones existen como ondas estacionarias. Podemos difractar electrones. Por la naturaleza ondulatoria de la materia.

¿Ves cómo el electrón está representado por un círculo? Piense en ello como un fotón de 511 keV dando vueltas y vueltas. En la dispersión de Compton, efectivamente "tomas una rebanada" del fotón incidente y lo golpeas en un lado del electrón. Esto ya no es rotacionalmente simétrico y, como resultado, el electrón se mueve . Se acelera rápidamente. Mientras tanto, el fotón se desacelera rápidamente, pero en el sentido del vector. No cambia de velocidad, cambia de dirección y pierde energía. El Compton inverso es esto al revés. Tu átomo es algo similar, pero sin fotón inicial.

¿Significa esto que el átomo va directamente de velocidad 0 a una velocidad distinta de cero sin acelerar?

Quiere decir que acelera rápidamente, en el tiempo que tarda en "tomar un trozo".