Atomdan çıkan elektron
Fotoelektrik etkisinden, eğer doğru miktarda enerjiye sahipse, bir fotonun atomun dışındaki bir elektronu tekmeleyebileceğini biliyoruz ($E_{\gamma} \geq W_0$).
Öte yandan, çift üretimi bize bir fotonun bir elektron ve bir anti-elektron (pozitron) oluşturmak için yok olabileceğini söyler.
Merak ediyorum, fotoelektrik etkideki bir fotonun aslında bir pozitron ve bir elektron oluşturmak için yok olmayan elektronla etkileşime gireceğini, sonra pozitron atomdaki elektronla etkileşime girerken diğer elektronun Biri hareket mi ediyor?
Yanıtlar
Bir fotonun gerçek (sanal olmayan) bir elektron / pozitron çifti oluşturması için, bir milyon elektron voltundan biraz daha büyük bir enerjiye sahip olması gerekir. Bu gerçekten çok enerjik bir foton. Buna karşılık, bir atomdan bir elektronun fotojeksiyonuna neden olan fotonun düzenli bir enerjiye (bir elektron volt) ihtiyacı vardır. Bu, görünür ışığı oluşturan fotonların tipik bir örneğidir.
Cevap, oluyor. Sadece büyük ölçüde farklı enerjilerde. Bu resim ( bu tezden alınmıştır , sayfa 10), Cu (Bakır) atomlarına saçılma açısından oldukça güzel bir şekilde özetlemektedir:
Fotoelektrik absorpsiyon, düşük enerjilerde sadece en alakalı etkidir ( $10 - 10^3$ eV.
Diğer etkileri özetleyeyim ($A$ atom anlamına gelir):
- Thomson saçılması ($\gamma + e^- \to \gamma + e^-$): Foton bir elektron tarafından emilir ve yayılır (elektron enerjiyi emmediği için elastik olarak da adlandırılır) (Rayleigh saçılması olarak da adlandırılır)
- Compton saçılması ($\gamma + e^- \to \gamma + e^-$): Foton elektrondan sekerek onu elektronun dışına fırlatır (aynı zamanda esnek değildir, çünkü elektron bu süreçte enerjiyi emer)
- Fotonükleer absorpsiyon ($\gamma + A \to A^*$): Dürüst olmak gerekirse, bunu bilmiyordum. Çekirdek fotonu emer ve heyecanlı hale görünüyor , ama bu sadece çekirdek üzerinde son derece bağlı olarak belirli enerjileri, için gerçekleşir.
- Çift Üretimi ($\gamma + A \to e^+ e^- + A$): Son olarak, tahmin ettiğiniz gibi, çift üretim 1 MeV'nin üzerinde bir rol oynar. Ama tam olarak belirttiğiniz gibi değil. Bir fotonun, momentum korunumu nedeniyle vakumda bir elektron pozitron çiftine dönüşemeyeceği doğrudur. Bununla birlikte, bir atoma yakın bir yerde, atom, korumayı sağlamak için momentumun bir kısmını emebilir. Ancak bu durumda elektron ve pozitron hala o kadar hızlı olacaklar ki atomun yanından uçuyorlar ve pozitron yok olmuyor. Wikipedia aşağıdaki Feynman diyagramını göstermektedir:
Yani, "ne olur" un cevabı oldukça karmaşık, enerjiye bağlı olarak birçok farklı şey oluyor. Genellikle tam resme ihtiyacınız yoktur (düşük enerjilerde olduğu gibi). Ancak genel bir bakışa sahip olmak güzel.
Cevabımda herhangi bir hata olup olmadığını bana bildirin!
Bu aslında iyi bir soru.
Momentumun / enerjinin korunumu nedeniyle bu gerçekleşemez. Tek bir foton, iki ayrı ve bağımsız parçacık durumu olarak var olacak şekilde bir elektron-pozitron çiftine dönüşmeyecektir. Parçacıklardan birinin "kabuk dışı" olması gerekir. Başka bir deyişle, çift üretim süreci sanal bir parçacığı içerecektir ve bu tür parçacıklar, tasarladığınız sürece izin verecek kadar yeterli bir süre için mevcut olmayacaktır.
Bir elektron pozitron çifti oluşturmak için, bir fotonun en azından iki parçacığın kütlesinin enerjisine sahip olması gerekir (511 keV * 2 = 1.02 MeV). Fotoelektrik etkiye dahil olan fotonlar, 1 MeV'nin altında (gama ışını aralığında olacaktır) oldukça yüksektir.
Ek olarak, bir e- / e + çifti oluşturmak için, bir fotonun momentumu korumak için bir atom çekirdeği ile etkileşime girmesi gerekir. Pozitron ayrıca yakındaki başka bir elektronla hızla yok olur ve ortaya çıkan iki 511 keV gamasını kolayca tespit edebilirsiniz.
Fotoelektrik etkideki bir fotonun aslında bir pozitron ve bir elektron oluşturmak için yok olmayacak şekilde elektronla etkileşime gireceğini, o zaman pozitron atomdaki elektronla etkileşime girerken diğer elektronun hareket edeceğini nasıl bileceğiz
Aslında bilmiyoruz. Elektronlar ayırt edilemez. Tüm elektronlar eşittir.
Önerdiğiniz her iki mekanizma ve sonsuz sayıda başka mekanizma da makul. İkincisi, düşük foton enerjileri için birkaç parçacığın sanal olmasını gerektirir, ancak sanal parçacıklar hemen hemen yerleşik bir kavramdır.
Bazı parçacık etkileşimleri modellendiğinde, genellikle en basit ve olası mekanizmalar önce sayılır. Diğerleri yalnızca daha basit yaklaşımlar deneysel verilere çok benzemiyorsa eklenir.
Fotoelektrik etkiyle ilgili olarak, çift üretimle ilgili her şeyi dürüstçe atlayabilirsiniz ve sonuç en iyi ölçüm yeteneklerimize kadar "yeterince iyi" olacaktır. Bir kristalde birbiriyle etkileşen elektronlar gibi diğer şeyler, fotoelektrik etkide çok çok daha önemlidir.
Sorunuz iyi bir soru, çünkü aslında cevap, her ikisinin de (fotoelektrik etki ve çift üretim) aynı anda tek bir fotonun her iki etkiye de neden olabileceği.
Buna sahip olmak için ihtiyacınız olan:
Başlangıçta en az 1Mev eşiğinin çok üzerinde enerjiye sahip bir foton. Bu foton bir elektronu ancak ve ancak elektrona daha fazla enerji aktarabilirse, o zaman iş fonksiyonunu atabilir. Yaygın inancın aksine, fotonun varlığının sona ermesi gerekmez. Elektrona daha fazla enerji aktarabilirse, o zaman iş fonksiyonu, o zaman elektron fotonu absorbe etmeden fırlatılabilir ve foton varlığı sona ermez. Foton sadece biraz enerji kaybedecek (toplamının küçük bir kısmı, 10-10 ^ 3 eV civarında) ve açısını değiştirecektir.
foton sonuç olarak hala çift üretim eşiğinin (1 Mev) üzerinde enerjiye sahiptir, bu nedenle bir elektron pozitron çiftine dönüşebilir ve bazen dönüşebilir. Lütfen momentumun korunması gerektiğini ve çekirdeğin bir miktar geri tepme (momentum aktarımı) alması gerektiğini unutmayın, çünkü kütle merkezinde elektron pozitron çiftinin momentumu sıfırdır. Yakında bir çekirdek olmadıkça, tek bir fotonla bu imkansızdır. Çekirdek, momentum korunumuna uyma gerekliliğini sağlayacaktır.
Elektronun dışarıdan enerji kazanması nedeniyle (örneğin, elektrotlar arasında yüksek bir potansiyel farkı oluşturulduğunda bir deşarj tüpünde), elektron atomu terk eder. Başka bir deyişle, atomun dışına fırlar (çünkü enerji kazanımı, BOHR'UN ATOM MODELİNE göre daha yüksek enerji seviyelerine hareket etmesine neden olur. Sonuçta, enerjisi, elektronlarda bulunan enerjiyi bile aştığında son kabuk, devrilir.Bu, kalan atomun, kütlesinin neredeyse atomunkine eşit pozitif yüklü olmasına neden olur, çünkü elektronlar önemsiz bir kütleye sahiptir ve yükü, devreden çıkan elektron sayısına eşittir.