Urto fotone ed elettrone
Ciao a tutti, non mi è chiaro come scambia energia un fotone in vari processi. Partiamo dall'urto di un fotone con un elettrone non legato (scattering compton). In questo caso applicando le leggi di conservazione si trova che il fotone cede parte della sua energia e dopo l'urto si trova a un energia minore. E fin qua dovrei esserci. Quello che non mi è chiaro è cosa succede quando urta un elettrone legato, ad esempio in un atomo di H allo stato fondamentale. Chiaramente se non ha l'energia sufficiente a fare il primo salto energetico (circa 10eV) non accade nulla. Ma supponiamo che abbia l'energia sufficiente a fare il primo salto ma non il secondo. Che cosa accade? La mia prof dice comunque nulla perché il fotone o cede tutta l'energia o niente e qua non può cederla tutta perché l'elettrone legato avrebbe un'energia non consentita. In compton però mi sembra proprio che l'elettrone scambi solo parte della sua energia quindi non capisco perché qua non possa fare lo stesso. Stessa domanda per l'effetto fotoelettrico. Il fotone quando urta sull'elettrone legato cede tutta la sua energia? Perché?
Risposte
La mia prof dice comunque nulla perché il fotone o cede tutta l'energia o niente e qua non può cederla tutta perché l'elettrone legato avrebbe un'energia non consentita.
Stessa domanda per l'effetto fotoelettrico. Il fotone quando urta sull'elettrone legato cede tutta la sua energia? Perché?
Non ho ben capito ... cioé il dubbio è: nel fotoelettrico, non appena il fotone ha energia superiore al lavoro di estrazione, non dovrebbe essere permessa la fotoemissione? Cioé, quando illumino con fotoni di energia appena superiore alla soglia di fotoemissione, la fotoemissione dovrebbe arrestarsi?
No, se ha energia superiore al lavoro cede tutta la sua energia e parte va in energia cinetica e parte in energia potenziale.
Facciamo un esempio numerico per far capire meglio cosa intendo. Suppponiamo di avere un emettitore al sodio con un lavoro di estrazione di $1.9 eV$ e di spararci sopra luce a $500 nm$. Il fotone ha energia $2.47 eV$, sufficiente per strappare gli elettroni dal metallo. Quello che dovrebbe succedere è che il fotone cede tutta la sua energia all'elettrone, il quale acquista un'energia cinetica pari a $0.57 eV$. La mia domanda è perché mai il fotone deve cedere tutta l'energia all'elettrone, siccome in Compton questo non accade. Perché non può ad esempio cedere solo $2.27 eV$, sufficienti per strappare l'elettrone e andarsene con i restanti $0.2 eV$ ($6200 nm$)?
Facciamo un esempio numerico per far capire meglio cosa intendo. Suppponiamo di avere un emettitore al sodio con un lavoro di estrazione di $1.9 eV$ e di spararci sopra luce a $500 nm$. Il fotone ha energia $2.47 eV$, sufficiente per strappare gli elettroni dal metallo. Quello che dovrebbe succedere è che il fotone cede tutta la sua energia all'elettrone, il quale acquista un'energia cinetica pari a $0.57 eV$. La mia domanda è perché mai il fotone deve cedere tutta l'energia all'elettrone, siccome in Compton questo non accade. Perché non può ad esempio cedere solo $2.27 eV$, sufficienti per strappare l'elettrone e andarsene con i restanti $0.2 eV$ ($6200 nm$)?
ok, fortunatamente non è questo il dubbio
forse è solamente un problema di definizione. Mettiamola così: certamente ha senso un processo $A(Z) + \gamma -> A(Z)^+ + e^{-} + \gamma$, a patto che tutte le leggi di conservazioni (in particolare 4-momento) siano soddisfatte. Una roba del genere lo chiamerei Compton scattering da elettrone legato, e in effetti cercando su internet qualche risultato lo si trova: https://inis.iaea.org/collection/NCLCol ... 053955.pdf
Detto questo, un processo del genere ha senso chiamarlo effetto fotoelettrico? direi di no, perché nel fotoelettrico si assume sempre che il fotone venga assorbito.
Dal punto di vista della probabilità di interazione (https://pdg.lbl.gov/2019/reviews/rpp201 ... matter.pdf), per fotoni ottici la sezione d'urto Compton è assolutamente trascurabile rispetto a quella fotoelettrica, per cui il fotone dovrebbe essere sempre assorbito.
Sperando di non avere detto castronerie o di avere confuso ancora di più ...
forse è solamente un problema di definizione. Mettiamola così: certamente ha senso un processo $A(Z) + \gamma -> A(Z)^+ + e^{-} + \gamma$, a patto che tutte le leggi di conservazioni (in particolare 4-momento) siano soddisfatte. Una roba del genere lo chiamerei Compton scattering da elettrone legato, e in effetti cercando su internet qualche risultato lo si trova: https://inis.iaea.org/collection/NCLCol ... 053955.pdf
Detto questo, un processo del genere ha senso chiamarlo effetto fotoelettrico? direi di no, perché nel fotoelettrico si assume sempre che il fotone venga assorbito.
Dal punto di vista della probabilità di interazione (https://pdg.lbl.gov/2019/reviews/rpp201 ... matter.pdf), per fotoni ottici la sezione d'urto Compton è assolutamente trascurabile rispetto a quella fotoelettrica, per cui il fotone dovrebbe essere sempre assorbito.
Sperando di non avere detto castronerie o di avere confuso ancora di più ...
Ti ringrazio, sei stato chiaro
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