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Titolo: Fotoni ed ottica

Dunque...Nei corsi introduttivi di laboratori di particelle e simili
ci fanno vedere come i fotoni in base alla loro energia interagiscono
con la materia. E si passa da effetto fotoelettrico a compton, a
produzione di coppia etc...
Mentre per i fotoni dell'ottica, che hanno energie molto piů basse,
non ci hanno detto niente. Cosa sensata perchč non si incontrano in
quelle occasioni.
Ma mi vien da chiedermi...
Alla luce che viene riflessa cosa succede in termini di singoli
fotoni?
e a quella diffusa invece?
e quella trasmessa/assorbita?
Curiosando....
Grazie!!

Luca85 ha scritto:

Dunque :-)
Possiamo ovviamente scordarci le coppie, e devi anche sapere che
l'effetto Compton nel visibile e' del tutto trascurabile.
L'effetto fotoelettrico invece e' importante per definizione, visto
il nome (ricorda che in greco "phos" vuol dire "luce" :-) ).
Dopo di che, non mi e' tanto chiara la domanda, perche' le risposte
sono piuttosto ovvie.
Riflessione e diffusione a scala microscopica sono la stessa cosa:
scattering elastico di fotoni.
Trasmissione e' in sostanza lo scattering in avanti (conosci quello
che si chiama "teorema ottico"?)
Resta l'assorbimento.
Certo un fotone del visibile puo' essere assorbito, e la sua energia
puo' avere destini diversi:
a) Essere presa da un elettrone emesso da un atomo di un gas o da un
solido; la prima si chiama "fotoionizzazione", il secondo appunto eff.
fotoelettrico".
b) Eccitare un atomo che poi si diseccita per urto con altri atomi o
con altri possibili meccanismi; col che l'energia del fotone finisce
in agitazione termica: questo e' il vero e proprio "assorbimento".
c) Tornare in parte a un fotone di energia minore di quello incidente:
e' quella che si chiama "fluorescenza". La legge di Stokes, come fu
enunciata prima che i fotoni venissero "scoperti", diceva appunto che
la luce di fluorescenza ha sempre l. d'onda maggiore di quella
eccitante.
C'e' un lavoro, scritto nel 1905 da un certo Einstein, nel quale si
mostra appunto che i fotoni (non li chiamava cosi', pero') spiegano
facilmente tutti questi fenomeni.
L'avevi sentito mai dire? :-)
 
-- 
Elio Fabri

 L'avevi sentito mai dire? :-)
Sentito dire milioni di volte...Ma poi nessuno ce li ha mai spiegati
dopo averli citati.
E solo spiegato a grandi linee l'effetto fotoelettrico...
Ho l'impressione che il corso di fisica 3 della mia universita' sia da
epurare e reistituire da zero...

Il 10 Apr 2007, 22:22, "Luca85" ha scritto:
Lo scattering compton a basse energie (ad esempio nel visibile) si riduce a
diffusione Thomson, in cui il rinculo dell'elettrone è trascurabile e la
frequenza dei fotoni non viene alterata nell'urto (per cui è possibile una
trattazione classica del problema, in termini di onde elettromagnetiche).
Quello che succede in pratica, ad esempio quando hai luce visibile che
attraversa un mezzo, è che la radiazione viene diffusa in tutte le
direzioni. Lo scattering Thomson è responsabile dell'opacità delle atmosfere
stellari, in cui i fotoni a causa degli urti Thomson sulle particelle
cariche seguono cammini random e possono impiegare anche molto tempo
(migliaia di anni?) prima di uscire dalla stella. Nel caso di diffusione su
elettroni legati agli atomi (es. atmosfera terrestre), l'effetto del legame
atomico può protare ad una dipendenza della probabilità di diffusione dalla
frequenza della radiazione incidente: questo fenomeno è legato al colore blu
del cielo.
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 incidente: questo fenomeno è legato al colore blu del cielo.
Va pero' detto che nel caso dell'aria siamo in condizioni limite, in
cui l'energia dei fotoni e' piccola rispetto alla prima transizione
possibile dallo stato fondamentale degli atomi.
In queste condizioni e' possibile una trattazione interamente classica
(Rayleigh) che dimostra come la distribuzione spettrale della luce
diffusa (inv. prop. a lambda^4) sia indipendente dalla natura degli
atomi, ma dipenda solo dall'indice di rifrazione del gas e dalla sua
densita' numerica.
 
-- 
Elio Fabri

 Elio Fabri


popinga ha scritto:

ti chiedo se hai tempo una conferma su una cosa che credevo di 
sapere : pensavo che la diffusione del visibile nei gas 
molecolari fosse chiamata diffusione di Rayleigh .... è per caso 
un sinonimo ? E' la stessa cosa ma è stata scoperta da entrambi 
indipendentemente magari studiando diversi aspetti sperimentali 
del medesimo fenomeno ? O infine mi ricordo male io e stop ?
ciao
soviet_mario


 del medesimo fenomeno ? O infine mi ricordo male io e stop ?
Direi che sono effetti distinti, potrebbero in qualche modo interferire
nella dinamica di alcuni tipi di plasmi, laddove sussistano lunghezze
di schermo di tipo Debye dello stesso ordine di grandezza delle dimensioni
delle molecole. Altrove, in questi giorni parlavamo di sistemi di densità
inusuale, ma nemmeno per quei casi mi sembra che la lunghezza di
schermo di Debye scenda mai sotto il micron. Un'altra lunghezza di
schermo è rilevante per altri motivi nel caso di materiali fortemente
compressi
come i nuclei planetari e stellari: quella di Thomas Fermi, infatti
molti degli elettroni per atomi massivi sono condensati nei pressi dei
nuclei, in virtù di elevati valori di k a cui hanno accesso per effetto dei
valori di Z. Possiamo confrontare il raggio di Bohr
per il primo elettrone con 2pi / k_F. Finchè questi numeri non si somigliano
abbiamo atomi circondati da elettroni ed un andamento esponenziale della
forza repulsiva di Pauli-Coulomb. Per atomi leggeri come l'idrogeno o
l'elio la storia dovrebbe essere differente, dovremmo avere andamenti
più prossimi a leggi di potenza.
Ancora un tema che non avevamo affrontato: alcuni semiconduttori
sono trasparenti alla luce, appaiono dello stesso colore, all'incirca
sia in trasparenza che in emissione. Come si spiega questo fatto?
Si dice che siccome non assorbono una certa lunghezza d'onda la
luce corrispondente li attraversa e li vediamo in trasparenza di quel
dato colore, ma per la luce diffusa cosa possiamo dire? Che tipo di
diffusione è? Va detto anche che in questo tipo di materiali può essere
indotta fotoluminescenza.
Continuo a cercare letture sul tema della sensibilità delle
emulsioni fotografiche ed in generale sui processi di scattering
a più fotoni da parte di molecole fotochimiche più o meno
grandi. Spero in letture che senza disdegnare la fisica quantistica
mantengano un livello di esposizione piano. Ad esempio perchè
la sensibilità, per basse esposizioni non è lineare? Quanto contano
i termini multipolari nei processi fotochimici molteplicemente attivati,
cosa si può imparare dai processi a più fotoni, riguardo ai termini
di multipolo?


Tetis ha scritto:
ti ringrazio molto per il tentativo di spiegare in modo completo 
e dettagliato l'intera questione.
Mi rileggerò varie volte il post e spero di capirne anche una 
parte (mi accontenterei). Per adesso ho capito che la mia 
domanda non aveva la risposta che mi aspettavo :-)
ciao
Soviet
CUT ALL

 di multipolo?
Sono molto interessato a questi temi, che riguardano l'impressione della
lastra fotografica, ma ad un livello molto "elementare": vedo che la
trattazione può essere molto complessa ed articolata. Penso comunque che
la trattazione con le ipotesi più elementari sia il fondamento per
considerare poi maggiori livelli di complessità, ma non sono riuscito a
trovare in rete o altrove le risposte che cerco alle domande più semplici.
Forse tu puoi aiutarmi.
Il mio problema è questo.
Abbiamo una normale lastra emulsionata (cristalli di AgBr sospesi
nell'emulsione, dimensione dei grani da 1 a 3  micron, con densità da 500
milioni a tre miliardi per centimetro quadrato).
Come nell'esperimento di Taylor, inviamo un fotone (naturalmente della
giusta energia) alla volta.
1 - Che cosa succede? Il fotone (se riesce ad interagire: c'è
evidentemente un problema di efficienza del dispositivo) ionizza un atomo
facendo saltar via un elettrone, mi pare. E poi?
Un fotone è sufficiente per alterare lo stato di un grano (creando quella
che si dice "immagine latente") in modo che con lo sviluppo della lastra
appaia, al microscopio, il famoso "puntolino luminoso" (posto che il detto
puntolino corrisponda ad un singolo cristallo)? O servono più fotoni?
2 - In ogni caso, qual'è l'efficienza del dispositivo, cioè quanti fotoni
singoli bisogna mediamente mandare in successione per avere l'impressione
di un puntolino? 
Tale efficenza è un dato solo sperimentale o è previsto dalla teoria, o
tutt'e due?
3 - Infine si sono mai visti i famosi puntolini sulla lastra? Forse Taylor
non li ha mai visti, ma in seguito sono stati fatti esperimenti (ribadisco
quanto premesso: al livello elementare di quell'esperimento, no CCD, no
fotorilevatori ecc) per distinguerli, magari al microscopio, uno ad uno,
in una fase dell'esperimento in cui non si è ancora formata un'immagine
"continua" (come quella vista da Taylor dopo mesi di esposizione) sulla
lastra?
Io credo che queste siano domande che è doveroeso porsi ed a cui dovrebbe
anche essere semplice rispondere, oltre che altrettanto doveroso.
Ciao.
Luciano Buggio
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 CUT ALL
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