电子吸收光子的问题

2009-11-05 16:21:03 来自: phileas

处于静止状态的自由电子是否能吸收光子，并把全部能量用来增加自己的动能？为什么？

%看到这个问题，我只想到了康普顿散射，就是用x射线打看似静止的电子。从而回答是，不能，从康普顿散射公式看出。

不知各位是何看法？

2009-11-05 16:25:26 ~沉~逝~ (不因碌碌无为而无耻)

我觉得可以列一个机械能守恒方程和动量守恒方程

证明他们不自洽就可以了

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2009-11-05 19:11:36 孤鴻萬里云™

电子处于静止状态？
海森堡可能不同意啊

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2009-11-05 19:24:00 梦者 (肉食者谋之，汝何间焉。)

处于静止状态的自由电子
=======================================
这个……有这样的电子么？

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2009-11-05 19:32:49 大笨狗 (日记强国,地图开疆,文件灭倭)

取它的全同粒子为参照物。

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2009-11-05 20:05:51 lev

这是个运动学的问题

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2009-11-05 22:15:29 phileas

那这个运动学的问题怎么回答？

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2009-11-06 05:52:57 xins

因为你只是问看法所以也就不判断这句话的对错只发表个人观点

首先绝对静止的电子是不存在的所谓的静止也只是截取了某一瞬态看似好像静止实际是time interval＝0

其次对自由电子一说我有点不明 free electron应该是unpaired electron 换句话说是外层孤立电子

固体物理中 kinetic energy = photon energy - binding energy 换句话说光子携带的能量首先要能克服束缚电子在其轨道上的能量其次才能有剩余的能量转化为动能

另外 UV 首先会激发位于lowest occupied level的电子（不知道中文叫什么）也就是K层 (量子力学中n=1）如果动能足够电子脱离该原子的束缚成为自由电子如果不够 K层电子可能被激发到L或M层将原本在L或M层的电子踢出替代其位置
后者的情况可以引用当光子能量小于binding energy时 XPS图像上会出现absorption edge 但是对应的能量却不为零因为光子能量始终还是克服了一些binding energy 即使不足以使其成为自由电子但还是能降低其binding energy

这是我看到楼主这句话想到的仅仅从固体物理的角度来讲

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2009-11-06 07:00:53 xins

不太了解楼主说的康普顿散射不过刚才wiki了一下
大概理解了一下应该是两个模型上述的固体物理中的观点属于低能效应
当光子携带能量更高时电子与光子间作用考虑为康普顿散射将电子作为free electron看待的不考虑电子与轨道和核的关系

当光子与电子相遇时转移一部分能量给电子被散射的光子能量降低频率也降低但如果其能量还足以激发电子那么上述过程再继续
（此处有一点不能确定请楼主指正：再次发生能量转移和散射应该是第二个电子了吧？）

感觉康普顿散射更多的解释了被散射光子的行为但是电子获得能量和动量时是如何行为并没有太多解释
还是回到固体物理如果电子自身能量增加相应binding energy减小但是在脱离其轨道之前我想应该考虑electron-phonon pair 电子能量较低时处于声模状态在于高频的光模振动之间也存在一个bandgap 随着电子能量增加频率也越来越高当电子具有足于越过bandgap的频率时发生转移脱离轨道

再多说一点脱离轨道的电子消耗了动能继续处于声模状态电子在固体中移动其实就是这样一步一步克服bandgap 导体中由于不存在bandgap 因此电子无需克服bandgap 行为上好像自由移动的电子

不知道表述明白了没有总之楼主开了个好头
大家多多探讨交流啦

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2009-11-06 17:09:37 ~沉~逝~ (不因碌碌无为而无耻)

康普顿散射的公式就是由能量守恒和动量守恒推出来的。
其次我觉得如果电子的能量非常低的时候，相对能量比较高的光子可以认为是静止的。

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2009-11-06 17:28:05 Mr.树洞君 (do, and, for what??)

我觉得LZ所假设的情形有问题
你在用宏观情形的观察角度来表达微观问题

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2009-11-06 19:24:39 無慾

LZ啊，您知道靜止的電子這麼稀罕之物值多少錢麼？
一萬億美刀？這是做夢。
拿全銀河的財富來交換，咱都不賣。

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2009-11-06 19:40:08 ate■量子先生 (囍)

有句比较经典的话，发光学先驱H.A Klasens说的，紫外激发（可见光激发）就好比
敲击钢琴的一个键，而阴极射线或者X射线激发就好像将钢琴击垮。

LSSS说得很清楚了，起码就有一个克服能级跃迁问题啊，肯定不能全部转为动能。

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2009-11-07 12:57:27 vampireking

不可以。
仅仅考虑自由电子a，不论是否静止，吸收一个光子b之后必然偏离质量壳，也就是说p^2-m^2 不等于0，是个虚粒子c。虚粒子c无法长程传播，很快就会衰变成为电子a1加另一个光子b1，新的光子b1的能量和原来光子b的能量不一样。这就是康普顿散射的微观图像。
之所以电子无法吸收一个光子之后继续保持在质壳上，可以电子c的质心系看。电子c如果是在壳的，因为动量为0，而电子a的动量不为0，所以Ec<Ea. 这与能量守恒要求 Ec=Ea+Eb矛盾。

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2009-11-14 04:05:32 lev

就是ls说的这种运动学问题

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2009-11-15 15:59:34 methane

我认为这个实验可以通过双光子技术达到。

其中第一束光的光子能量刚好等于电子逸出功binding energy，通过调节第一束光和第二束光的时间差，测量电子的动能应该等于第二束光的光子能量。

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