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Titolo: Effetto fotoelettrico: no delay

 
 
 
Sappiamo che l'effetto fotoelettrico non ha "time-delay" ovvero i fotoelettroni vengono emessi dal rivelatore appena si accende la sorgente di luce, anche se l'intensita' della radiazione em e' molto bassa (classicamente, in tal caso si dovrebbe aspettare anche molto tempo prima che arrivi sul rivelatore energia sufficiente). Come si sa la spiegazione e' che l'energia em arriva a pacchetti chiamati fotoni: il primo pacchetto porta tutta l'energia necessaria ad emettere un fotoelettrone.
 
Pero', in media, l'intervallo di tempo che passa tra l'emissione di un fotoelettrone ed il successivo e' molto grande, se l'intensita' di luce e' molto bassa, che corrisponde al fatto che l'intervallo di tempo medio delta(t) tra un fotone ed il successivo e' molto grande.
 
 
Ma allora perche' il primo fotone viene sempre emesso immediatamente dopo aver acceso la sorgente e non dopo un intervallo di tempo medio delta(t)/2 o comunque proporzionale a delta(t)?
 
--
BlueRay

 delta(t)/2 o comunque proporzionale a delta(t)?  
 
Non viene emesso *immediatamente* dopo aver acceso la sorgente,
e anche l'accensione della sorgente non sara' un processo istantaneo.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

Va bene, ma se mi dici 10^(-8)s su un intervallo di tempo medio di 10^3s per me e', istantaneo!
Lo sarebbe anche se fosse 1s su 10^3s. Chiaramente non e' il fatto che il primo fotone arrivi dopo un tempo nullo, quello che mi interessa chiarire, ma il fatto che non ci sia correlazione con il tempo medio di emissione di um fotone.
 
--
BlueRay


Non so se possono esserti utili le seguenti considerazioni.
 
 
Il cosiddetto "fotone" di Einstein,  negli esperimenti tipo Aspect , con l'interferometro o alla doppia fenditura con singola emissione, è noto anche come *debole emissione*: la più debole emissione, al di soto della quale non si rileva alcunchè.
 
 
Nell'esperimento con l'interferometro tipo M&M (con i bracci lunghi una quindicina di metri ciascuno) è stato trovato (cosa alla quale putrtroppo non si è fatta molta pubblicità)  che se si varia di un metro o giù di lì  la lunghezza di uno dei due percorsi, allungando o accorciando un braccio dell'interferometro, ed inviando un "fotone" alla volta, non si ha la figura sullo schermo.
 
 
 
E' indubbio quindi che la debole emissione della sorgente consista in un "oggetto" lungo una metrata (una trentina di centimetri, mi ha calcolato Fabri), con un certo ingombro laterale (una volta che con lenti - nei paraggi dell'emettitore, sia stato collimato e ridotto ad un fascetto), maggiore della distanza tra le due fenditure, il quale oggetto, alle due fenditure, a parte ciò che si infrange sul pieno dello schermo intorno ad esse, risulta diviso (ciò che di esso resta) in due parti, che vanno ad interferire tra loro a valle sullo schermo rilevatore.
 
 
 
L'osservazione è stata fatta da Dagenais e Mandel : la "sorgente di Mandel" è un atomo di mercurio in moto (700 m/sec) eccitato da un sottile fascio laser per il tempo in cui l'atomo attraversa ortogonalmente il fascio:  se il fascio fosse più sottile, o/e la velocità dell'atomo maggiore, diminuendo il tempo di attraversamento e quindi di eccitazione, la lunghezza del nostro oggetto diminuirebbe, restando uguale il suo ingombro laterale, e sarebbe problematico rilevarlo.
Il nostro oggetto consista quindi in un'onda classica, un treno lungo un metro.
 
Se la lunghezza d'onda è 5000 Angstrom in un metro ce ne stanno cinquanta milioni: l'atomo di Mandel verrebbe fatto oscillare cinquanta milioni di volte nel corso dell'attraversamento del diametro del fascetto.
Vista la velocità c della propagazione dell'onda, un metro viene percorso dalla radiazione in  0.333*10^-8 secondi.
 
 
Se il nostro oggetto lungo un metro investe un elettrone fermo, il suo  campo elettrico alternantesi trasversalmente lo fa  oscillare 50 milioni di volte per un tempo pari a 0.333..*10^-8 secondi.
 
 
 
Se l'elettrone è - come io ritengo - in una buca di potenziale che abbia la frequenza (leggi: la frequenza con cui farebbe di suo oscillare l'elettrone in assenza della radiazione o di altri stimoli esterni) pari a quella della radiazione, in modo che si abbia risonanza, ad ogni ciclo dell'oscillazione la sua ampiezza aumenta fino a superare la larghezza della buca ed a farne uscire l'elettrone, il che può avvenire ben prima della cinquantamilionesima oscillazione: e in ogni modo  il tempo tu che tu dici per l'estrazione non sarà superiore a 0.333..*10^-8 secondi.
 
Tu dici che gli esperimenti (entro i limiti di errore) ci mostrano il fenomeno come istantaneo. 
 
L'evento da me descrito non è abbastanza *istantaneo*? 
 
Ho trattato qui una singola "debole" emissione, con un unico atomo di mercurio che attraversa il fascetto laser.
Cosa si deve intendere per "emissioni successive"?
Altri atomi che arrivano dopo, uno dopo l'altro,  e attraversano anch'essi il fascetto?
 
In tal caso il tempo che trascorre tra un evento fotoelettrico ed il successivo è legato a quello che separa mediamente gli attraversamenti successivi, e dipende dall'operatore, che regola l'intensità dell'emissione degli atomi di mercurio dalla loro fonte. 
 
 
 
Oppure si può trattare del'unico atomo di mercurio, che attraversa un largo fascio laser, conntinuando quindi (per oscillazione finchè lo attraversa)ad emettere debolmente, uno oggetto lungo non una trentina di centimetri, ma trenta centimetri moltiplicato per il rapporto tra il diametro del grosso fascio laser e quello del fascetto sottile di prima.
 
Avrai capito che, con Scroedinger, contesto il fotone di Einstein: si tratta comunque di un "treno d'onda".
 
 
Luciano Buggio 
www.lucianobuggio.altervista.org
 

 Detto cosi' significa poco, bisognerebbe quantificare...
Appunto.
 
BlueRay ha scritto:

Anche questi non sono numeri, solo cifre buone per giocarle al Lotto.
Come sapete bene, la fisica è un'altra cosa...
 
 
-- 
Elio Fabri

 BlueRay ha scritto:
 Pero', in media, l'intervallo di tempo che passa tra l'emissione di un
 fotoelettrone ed il successivo e' molto grande, se l'intensita' di
 luce e' molto bassa, che corrisponde al fatto che l'intervallo di
 tempo medio delta(t) tra un fotone ed il successivo e' molto grande.
 Ma allora perche' il primo fotone viene sempre emesso immediatamente
 dopo aver acceso la sorgente e non dopo un intervallo di tempo medio
 delta(t)/2 o comunque proporzionale a delta(t)?
 
Fabri:
 Che ne diresti di fare lo sforzo di rendere quantitative le tue
 osservazioni?
 "Appena si accende", "molto tempo", "molto grande"...
 Numeri, please!
 
 
 
 
 
Hai ragione, ma se ho scritto in quel modo e' perche' numeri non ne ho trovati. Posso solo limitarmi a calcolare il tempo necessario a far arrivare l'energia classicamente in un caso specifico: quello di un fascio luminoso rettilineo di sezione pari a 2/30 mm^2 e densita' di energia come quella nell'esperimento di Taylor, da te descritto in Pisa-2014-fismod-6.pdf: un fotone ogni circa 20 litri. Con quella sezione, 20 litri corrispondono ad un cilindro lungo 3*10^5 m e quindi, dato che c = 3*10^8 m/s, si deve aspettare 10^(-3)s, classicamente, prima che arrivi l'energia di un fotone (il tempo impiegato dalla radiazione em per coprire la distanza sorgente-rivelatore si puo' trascurare se tale distanza e' dell'ordine dei cm).
 
 
 
Pero' a questo punto manca il dato dell'intervallo di tempo effettivamente osservato tra l'accensione della sorgente e la rivelazione del fotoelettrone. Da quello che si trova scritto a parole sull'effetto fotoelettrico sembrerebbe che tale intervallo di tempo sia solo quello necessario alla radiazione per coprire la distanza sorgente-rivelatore. Ma i dati quali sono? Hai qualche nozione al riguardo?
Ciao.
 
--
BlueRay

 Ma i dati quali sono? Hai qualche nozione al riguardo?
Io seguirei un'altra strada. Vai a
http://www.sagredo.eu/fq/fq21p1.pdf
 
a pag. 6, dove si parla dell'effetto fotoelettrico.
Lì si fa un calcolo con la luce del Sole e facendo un certa ipotesi
sulla "area di raccolta" di un elettrone.
Risultato: 3 ms.
 
Prova a considerare invce un fotocatodo di 1 cm^2, e a prendere questa
come area di raccolta per ciascun fotone che arriva: che tempo ti
risulta?
Che cosa ne puoi concludere?
 
 
-- 
Elio Fabri

 Come sapete bene, la fisica è un'altra cosa...
 
A questa affermazione avevo risposto come segue:
 
<cit>
 
Ah, allora mi sbagliavo!
Credevo che fosse la fisica, più di ogni altro, a parlare di 'caso'.
 
Però, a pensarci bene, a rigore il lotto è deterministico, non come i 
fenomeni fisici, perlomeno nel micro - nel macro il 'caso' è solo apparente.
 
Omega
</cit>
 
Mi è stato chiesto di spiegare perché ho affermato che "il lotto a 
rigore è deterministico".
Non pensavo che esigesse una spiegazione, trattandosi di una tipica 
situazione alla "Laplace", in cui tutto è meccanicamente determinato e 
quindi non può dare che un solo risultato - dunque una situazione 
deterministica per definizione.
Meccanica è l'urna con il suo asse sbilenco di rotazione, meccaniche 
sono le palline coi numeri, che si urtano e mescolano durante la 
rotazione, meccanico è il gesto o di un'avvenente fanciulla che pesca le 
palline oppure il vero e proprio meccanismo di estrazione delle palline.
Allora non si può vedere nulla di casuale in una simile situazione.
 
Forse si confonde l'attributo 'casuale' con 'imprevedibile', ma è chiaro 
che questo scambio non è corretto, anche se lo si fa continuamente nella 
vita quitidiana. La fisica è più prudente e non fa di queste confusioni, 
che sono comprensibili per il linguaggio comune.
 
È vero che si usa la statistica per esempio quando si parla di fenomeni 
nei gas, ma non si sta parlando di caso: si sta solo dicendo che 
scrivere un sistema di equazioni in cui ogni molecola di gas ha la 
propria equazione sarebbe un po' scomodo a fronte di miliardi di 
molecole (anche ammesso di conoscere la condizione iniziale di ogni 
molecola!), quindi ci si accontenta di valutazioni medie o globali e 
perciò statistiche, ma non si sta affermando che le molecole dei gas si 
muovono a caso.
Si è parlato spesso di 'caso' a proposito dei cosiddetti moti browniani 
nei fluidi o nelle sospensioni fluide, ma è evidente che semplicemente 
non si sa che cosa succede, così come non si sa che cosa succede ai moti 
analoghi che si vedono in un raggio di luce che entra da uno spiraglio 
della finestra.
 
Spero di avere chiarito, anche se già più volte ho detto che 'caso' è un 
concetto metafisico a cui personalmente non credo.
 
Saluti
Omega
 
 
 

Il giorno venerdì 3 luglio 2015 23:54:07 UTC+2, Elio Fabri ha scritto:
 
 BlueRay ha scritto:
 Pero' a questo punto manca il dato dell'intervallo di tempo
 effettivamente osservato tra l'accensione della sorgente e la
 rivelazione del fotoelettrone.
 ...
 Ma i dati quali sono? Hai qualche nozione al riguardo?
 
Fabri:
 Io seguirei un'altra strada. Vai a
 
http://www.sagredo.eu/fq/fq21p1.pdf
 
 a pag. 6, dove si parla dell'effetto fotoelettrico.
 Lì si fa un calcolo con la luce del Sole e facendo un certa ipotesi
 sulla "area di raccolta" di un elettrone.
 Risultato: 3 ms.
 Prova a considerare invece un fotocatodo di 1 cm^2, e a prendere questa
 come area di raccolta per ciascun fotone che arriva: che tempo ti
 risulta?
 
BlueRay:
Facile:
3 ms * 10^(-19)m^2 / 10^(-4)m^2 = 3*10^(-15)s 
 
Fabri:
 Che cosa ne puoi concludere?
 
 
Che il tempo dipende in modo essenziale dall'area della superficie attraverso la quale un fotone viene raccolto da un singolo elettrone(e in un metallo un elettrone non e' confinato in un atomo ma e' delocalizzato in tutto (o quasi) il materiale...
 
 
Comunque, con l'intensita' di luce e l'energia media dei fotoni del calcolo che avevo fatto io, si otterrebbe: 1 ms * (2/30)mm^2 / 10^2mm^2 =~  6.7^(-7)s.
 
Nel documento 
http://www.sagredo.eu/fq/fq21p1.pdf
 tu scrivi che il delay e' inferiore a 3*10^(-9) s con la luce del Sole. Bisognerebbe vedere quanto invece
puo' valere il delay con le intensita' bassissime dell'esp. di Taylor.
Oppure non ce n'e' bisogno?
Ciao.
 
--
BlueRay