Kunnen fotonen onderling botsen ?

[HansH]

het zijn dus feitelijk geen fotonen die gemultipliceerd worden maar energietoestanden van elektronen in een atoom die omgezet worden in fotonen als zo'n elektron vervalt naar een lagere energie toestand. Het enige wat het foton doet is dat proces stimuleren.

[Regor]

@HansH,

Dank U,

Rare vraag:
Als een foton uitgezonden wordt bij het "verspringen" van een electron naar een (lagere ?) baan ......... is het aantal fotonen dat kan uitgezonden worden gelimiteerd ?

[HansH]

Voor zover ik weet is de energie van het verspringen van baan gelijk aan de energie van het uitgezonden foton. dus het is steeds een eenmalige gebeurtenis waarbij de energiesprong wordt omgezet in een foton met diezelfde energie.

[Regor]

@HansH,

Dank U,
Laat maar, ik pluis het verder wel uit op betere momenten.

[wnvl1]

Vanuit QFT is gestimuleerde emissie een rechtstreeks gevolg van de kwantisatie van het elektromagnetische veld. Het veld wordt beschreven als een verzameling modi die elk een bepaald aantal fotonen kunnen bevatten. Fotonen zijn bosonen en voldoen aan de Bose-Einstein-statistiek.

Een toestand met \(n\) fotonen wordt beschreven door \(|n\rangle\). Wanneer een foton wordt toegevoegd aan zo'n toestand, werkt de creatie-operator volgens

\[
a^\dagger |n\rangle = \sqrt{n+1}\,|n+1\rangle.
\]

Hieruit volgt dat de overgangsamplitude voor emissie een factor \(\sqrt{n+1}\) bevat. Omdat de overgangskans evenredig is met het kwadraat van de amplitude, wordt de emissiekans evenredig met \(n+1\):

\[
P \propto n+1.
\]

De term \(1\) komt overeen met spontane emissie: zelfs wanneer er geen fotonen aanwezig zijn (\(n=0\)) kan een aangeslagen atoom vervallen. De extra term \(n\) beschrijft de gestimuleerde emissie: hoe meer fotonen er reeds aanwezig zijn in dezelfde modus, hoe groter de kans dat er nog een foton in precies diezelfde toestand wordt uitgezonden.

Vanuit QFT zijn spontane en gestimuleerde emissie dus geen fundamenteel verschillende processen. Beide ontstaan uit dezelfde interactie tussen het atoom en het gekwantiseerde elektromagnetische veld. Het verschil is enkel of de betrokken veldmodus leeg is of reeds fotonen bevat. Dat de emissiekans toeneemt met het aantal aanwezige fotonen is uiteindelijk een gevolg van het bosonische karakter van fotonen.