為何原子/分子躍遷放出的能量主要是以「光子」的形式,而不是以其他的形式體現出來?
01-29
原子、分子從高能級向低能級躍遷,會以光子(電磁波)的形式放出能量,這是眾人皆知的事實。但問題是,為何躍遷放出的能量主要是以「光子」的形式,而不是以其他的形式體現出來(「俄歇電子」除外)?這是否與原子/分子體系與光子相互作用有關?能否用通俗的語言詳細地描述這一過程?
由於原子核與電子都有靜質量,理論上躍遷過程中是否也會輻射引力子(引力波)?
根本原因是,所謂的「原子躍遷」其實是指電子(價電子或者內層電子)在不同能級之間的躍遷。
而電子是輕子,所謂輕子,是指不參與強相互作用的基本粒子,也就是只參與弱相互作用,電磁相互作用,和引力相互作用。
而這三種作用中,電磁相互作用最強。所謂最強,是指相互作用的截面最大,截面反映的是反應發生的概率,因此截面越大,反應最容易發生。而發生電磁相互作用一般都要發射(或者吸收)光子。如果不是核外電子,能量釋放的方式就會不同補充下 @胡楊-lyounger的答案。電子在能級間躍遷是這樣一個特定的過程:躍遷前是電子,躍遷後也還是電子,只是呆的能級不一樣罷了。依據電荷守恆,釋放的粒子必須是電中性的,所以W玻色子可以排除。又依據輕子數守恆律,釋放的只能是玻色子或費密子-反費密子對。另外,電子層間躍遷能量都是eV量級的,從能量守恆的角度也可以排除W(80 GeV),Z(90 GeV)釋放,以及許許多多的電中性介子(140MeV以上)(不管它們是否會與電子作用),與正負電子對(1MeV)。
首先,原子躍遷這個能標基本落在電磁相互作用。其次,光子只是相互作用的傳遞粒子,並非是實物粒子,不像夸克,電子這些基本粒子,所以發射或吸收光子只是能量的轉移,而不涉及電荷.色核.輕子等量子數的衰減或增加。如果在原子躍遷過程中釋放其它粒子,那麼我們的原子系統將是非常不穩定的。
除了發射光子的躍遷還有幾種能量轉化方式:一種常見的非輻射躍遷,能量會轉化為聲子,最終變為分子(原子)熱運動動能;另外一種內層電子躍遷激發外層電子,發射出俄歇電子,轉化為電子的動能。
因為原子內,典型能量附近只有電磁相互作用。你看看原子核就可以衰變扔出來別的東西,中子也可以衰變扔出來別的東西。說到底是弱相互作用距離太短,強相互作用色禁閉。
氫原子能級躍遷的確有一定幾率是釋放引力子的,大約每年發生一次
http://arxiv.org/abs/gr-qc/0605052
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