Verval aangeslagen atoom

descheleschilder

Laten we als eenvoudig voorbeeld het waterstofatoom nemen. Als er een foton op dit atoom valt zal het (de) elektron(wolk) zich naar een orbitaal verplaatsen dat een hogere energie heeft. Is dit een instantaan gebeuren, en zo ja is dit dan niet in strijd met de speciale relativiteitstheorie?
Kort daarna "valt" het elektron weer terug naar het orbitaal (een sferisch symmetrisch s-orbitaal met impulsmoment 0, dat tweevoudig gedegenereerd is wegens de twee mogelijke spinrichtingen van het elektron) met de laagste energie. Volgens de standaard kwantumtheorie zijn de orbitalen met verschillende energieën,waarbij alle orbitalen gedegenereerd zijn (de orbitalen bezitten meerdere configuraties die dezelfde energie bezitten; hoe hoger het elektron aangeslagen wordt des te meer orbitalen met dezelfde energie), gekoppeld aan een kwantumfunctie die stabiel in de tijd is.
Dat wil zeggen ruimtelijk gezien. De complete tijdsafhankelijke functie bevat nog een term e^-iEt/h maar op de absolute waarde van de totale golffunctie heeft dit geen invloed. Je zou dus denken dat een aangeslagen toestand in die toestand blijt, hetgeen hij duidelijk niet doet.
Wat veroorzaakt dan het terugvallen van het elektron. Het vacuüm? En zo ja, hoe dan?

physicalattraction

Volgens de standaard kwantumtheorie zijn de orbitalen met verschillende energieën,waarbij alle orbitalen gedegenereerd zijn (de orbitalen bezitten meerdere configuraties die dezelfde energie bezitten; hoe hoger het elektron aangeslagen wordt des te meer orbitalen met dezelfde energie), gekoppeld aan een kwantumfunctie die stabiel in de tijd is.

Dit is een erg lastige zin, maar volgens mij zeg je hier dat de golffunctie van de aangeslagen toestand tijdsonafhankelijk is (op een fasefactor na). Dit is inderdaad correct. Zonder vervalproces zou het elektron ook niet terugvallen. Toch kan het systeem verstoord worden, door of een invallend foton (gestimuleerde emissie) of gewoon door niets (spontane emissie). Of je bij dit laatste proces mag zeggen dat het vacuüm verantwoordelijk is, lijkt me een metafysische kwestie.

descheleschilder

Dat van die gestimuleerde emissie begrijp ik wel, maar het vacuüm bestaat uit een constant ontstaan en verdwijnen van deeltjes-antideeltjesparen die tijdens hun bestaan virtuele fotonen kunnen uitzenden die reageren met het aangeslagen elektron van het atoom en op die manier het elektron kunnen doen laten terugvallen. Dat is wat anders als spontane emissie waarvoor niets verantwoordelijk is.
Is dit een metafysische kwestie omdat je daar geen zekerheid over kan krijgen binnen een wetenschappelijk kader?

physicalattraction

Misschien kun je het wel wetenschappelijk aanpakken door de kansen uit te rekenen a) dat een elektron spontaan vervalt en b) dat een elektron gestimuleerd vervalt door een spontaan ontstaan virtueel foton. Door deze met elkaar te vergelijken kun je zeggen of het spontane verval inderdaad verklaard kan worden door spontaan ontstane virtuele fotonen. Inien de kansen niet gelijk aan elkaar zijn, is een experiment nodig om te kijken welke voorspelling klopt.

Deze berekeningen zelf uitvoeren gaan mij echter boven de pet.

descheleschilder

Er zijn drie mogelijkheden voor verval:

1): virtuele fotonen die het veld rondom de kern opbouwen
2): kwantumfluctuaties, met bijbehorende virtuele fotonen
3): een foton van buitenaf met de juiste frequentie, hetgeen ook virtuele fotonen, afkomstig van een kortlevend deeltje-antideeldtje paar, kunnen zijn; het probleem echter met virtuele fotonen is dat hun energie niet gelijk hoeft te zijn met de de daarbij behorende impuls.Dit geldt voor alle elementaire deeltjes: Energie en impuls zijn twee van elkaar onafhankelijke grootheden. De deeltjes liggen niet op hun massaschil, om het maar eens wat moeilijker uit te drukken.
4)^* spontane emissie

Ik begrijp wel wat je met spontane emissie bedoelt, maar toch ook weer niet. Hoe gaat zo'n emissie in zijn werk, zonder invloed van buitenaf?

Ik ben het helemaal eens om de berekeningen te doen en die dan aan de praktijk te toetsen, maar zoals je al ,aangaf zijn dat hel moeilijke, of in ieder geval hele lange, berekeningen, waar dat virtuele foton de oorsprong van is. Men weet nog niet hoe je uit de kwantumveldentheorie tot de Schrodinger vergelijking kan komen, of het klassieke e.m. veld rondom de kern. De oplossing is nog onbekend, en ik denk dat dat nog wel en tijdje zo zal blijven ook!

*eventuele

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Verval aangeslagen atoom

Verval aangeslagen atoom

Re: Verval aangeslagen atoom

Re: Verval aangeslagen atoom

Re: Verval aangeslagen atoom

Re: Verval aangeslagen atoom