9. 光子、量子電磁力学と波粒の言葉

エネルギー、運動量と閾値 #

真空の光子では

E=h\nu=\hbar\omega=hc/\lambda,\quad p=h/\lambda,\quad\omega=2\pi\nu.

ν は毎秒の周期数です。真空波長 500 nm のエネルギーは約 2.47968 eV です。単純な一光子光電効果では Kmax=hν−Φ。仕事関数を例として Φ=2.00 eV とすれば Kmax≈0.47968 eV です。閾値より下ではこの過程で電子は放出されません。

通常、強度は放出電子数に影響し、最大運動エネルギーは主に周波数で決まります。「強度と完全に無関係」という説明は誤りです。

初め静止した自由電子でのコンプトン散乱は

\Delta\lambda=\frac{h}{m_ec}(1-\cos\theta).

θ は光子の散乱角です。後方散乱なら変化は 2h/(mec)。量子論は干渉振幅と離散的な検出を同時に説明し、光子が古典的な波と粒子に交互に変身すると考えません。光子エネルギーは周波数に依存するので、普遍的でゼロでない最小光子エネルギーはありません。