量子力学的に光子のスピンが1になるのか分かりません。ベクトルは3のはずですが、光子の何の成分が3なのか不明です。中学生レベルで分かりやすく教えていただけないでしょうか。

よろしくお願い致します。

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A 回答 (1件)

光子のスピンが1であることは、やはりZeeman効果や遷移の選択則などの実験によって、最終的にRamanによって実証されたようです。

光子のスピン演算子Sのz成分の固有値は±1、0の3個ですが、ヘリシティーは±1となります。Sz=0となる縦光子は光子の質量が0のため、物理的な観測にかかりません。このことについては、中西襄「場の量子論」にスカラー光子、縦光子がゴーストとして決して観測にかからないことが詳しく説明されています。スカラー光子は確率解釈に従えばクーロン力ですが、クーロン力の量子は観測させません。巷では、静電引力を光子のキャッチボールで説明する俗説が流布されていますが、静電場(クーロン力)を量子化して粒子的描像を得ることはできません。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
量子力学は、いろんな本を読んだり、自分で物理現象を矛盾なく説明できるように深く考えてきました。
しかし、量子力学の基礎を十分理解してないために人の話について行けないこともありました。
大変参考になりました。
改めて、お礼申し上げます。

お礼日時:2011/04/19 05:56

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Q光にも軌道角運動量とスピン角運動量の区別があるのですか

水素型原子の電子軌道の持つ角運動量は軌道角運動量とスピン角運動量の区別があることは勉強しました。電磁波(光)にも軌道とスピン角運動量が存在するのでしょうか。
 
また完全な平面波波進行方向の角運動量を持たないと言う記述がありましたが、一方平面電磁波は球面波展開ができると言うことも教科書に書かれていました。ひとつひとつの球面波は球ハンケルh(l)とY(l、m)の変数分離で記述できることも勉強しましたが、円偏波が量子力学で言うスピン角運動量に対応するのでしょうか。

きちんとわかってないのでお詳しい方に教えて頂ければ幸いです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

最近は読む気にもならないような質問が多いのですが、これは良いご質問だと思います。光子の軌道角運動量がないのは原子核の周りを回っている状態をつくれないからではありません。例えばブラックホールの近辺とかなら球対称場での光子の束縛状態が作れる可能性があると思いますが、そのような場合にも軌道角運動量はない(というか軌道角運動量の演算子が定義されない)と思います。完全な平面波が角運動量を持たないことはありません。質量のある粒子の中心力場内での散乱を考える時、平面波を球面波(軌道角運動量の固有状態)に展開するのが常套手段であることは量子力学の教科書を見ればすぐに分かることです。運動量の固有状態は角運動量の固有状態ではないと言うだけで角運動量がないわけではありません。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q電磁気力は光子が媒介する?

電磁気力は光子が媒介するということですが、
電子A→光子→電子B
の様に電子Aが出した光子を電子Bが受けたとすると、
電子Aの運動量は光子の運動量分左向きに変化し、
電子Bの運動量は光子の運動量分右向きに変化するので
電子AとBの間に反発力が起きるのは良くわかります。

[質問1]
しかし、電子と陽電子間で引力が働く場合がわかりません。
電子→光子→陽電子
のように電子が出した光子を陽電子が受ける場合、
電子と陽電子に引力が働くためには、
光子の運動量が負でないといけないと思うのですが、
そういうのはありなのでしょうか?

[質問2]
電子と電子間は反発力、電子と陽電子間は引力が働きますが、
どちらの場合も光子が媒介するのだとすると、
電子は、光子が電子から来たものか陽電子から来たものかによって、
動く方向を変えないといきません。
光子に種類がないとすると、電子は、どうやって相手が電子か陽電子かを
判別しているのでしょう?

電場を導入すればどちらも当たり前のことだと思いますが、
光子が電磁気力を媒介するという話しを考えると、どうもわからないのです。
よろしくお願い致します。

電磁気力は光子が媒介するということですが、
電子A→光子→電子B
の様に電子Aが出した光子を電子Bが受けたとすると、
電子Aの運動量は光子の運動量分左向きに変化し、
電子Bの運動量は光子の運動量分右向きに変化するので
電子AとBの間に反発力が起きるのは良くわかります。

[質問1]
しかし、電子と陽電子間で引力が働く場合がわかりません。
電子→光子→陽電子
のように電子が出した光子を陽電子が受ける場合、
電子と陽電子に引力が働くためには、
光子の運動量が負でないといけないと思うのですが...続きを読む

Aベストアンサー

光子は一種類ですが、量子力学的には正と負の波動関数を持ちえ、それらは光子が放出されたときの電荷によっている。という説明になるかと思います。
通常はそれらを一つの光子が二つの性質を持つという風に考えて一種類の光子と数えています。

「一の実態の異なる側面を見ている」と「異なる実態をみている」は言葉の定義で、光子といったときには振幅の符号は一つの光子の違う側面という風に解釈されています。


この問題は深く考えると哲学の問題になってしまい兼ねません。なぜかと言うと光子は粒子のようでもあり波のようでもある量子力学でしか記述できないものなのです。+の振幅の波と-の振幅の波といってもこれを粒子の言葉で考えるのは難しいと思われます。また光子は通常の粒子と違ってゲージ粒子と呼ばれ、バンドル理論という非常に高度な数学をもって記述されるものです。そして、ゲージ粒子というのはいろんな物理的な解釈が出来るものなのです。例えばクーロンポテンシャルの解釈ですら光子が作っているのかどうかということは自明ではありません。あくまでゲージ場のある成分がクーロンポテンシャルだということが言えるだけです。私はクーロンポテンシャルを光子が作っているという立場で説明をさせてもらいましたが異なる見方もできます。

科学は数学の言葉を使って自然を記述するものなので、私たちの限られた日常体験に基づく理解では説明が難しいこともあります。一度電磁気学の本を読んでみたらどうでしょうか。砂川重信著 理論電磁気学 
なんかを読めば非常に参考になるかと思います。
光子と電磁場の関係は場の理論の本を読むと良いと思います。

光子は一種類ですが、量子力学的には正と負の波動関数を持ちえ、それらは光子が放出されたときの電荷によっている。という説明になるかと思います。
通常はそれらを一つの光子が二つの性質を持つという風に考えて一種類の光子と数えています。

「一の実態の異なる側面を見ている」と「異なる実態をみている」は言葉の定義で、光子といったときには振幅の符号は一つの光子の違う側面という風に解釈されています。


この問題は深く考えると哲学の問題になってしまい兼ねません。なぜかと言うと光子は粒子の...続きを読む

Q光は波動関数を持たないのですか?

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa5021911.html


ここの質問で物質波の波動関数はスカラーであり、縦波も横波も持たないと教えて頂いたのですが、
では光の場合はどうなのでしょうか?

光は横波しかもたないわけですが、光の波を光の波動関数であると考えるとスカラーではないのはなぜなのでしょうか?
或いは光の波が波動関数ではないのだとすると、光が波動関数を持たないのはなぜなのでしょうか?

それと出来れば光が縦波を持たず、横波しか持たない理由を教えて下さい。

よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

こんばんは。

次第に話が難しくなってきましたね。

光は物質波ではありません。物質のシュレディンガー方程式に相当するものが、電磁場の場合は、ベクトルポテンシャルAの従う、波動方程式です。でもこれだけでは、よくわかりませんね。しかも、光子の粒子性がまだ見えてきません。そこでAをフーリエ変換するのです。すると、変換の各項の係数が調和振動子の振る舞いに類似していることが分かります。調和振動子は容易に第二量子化ます。それと同じように電磁場を量子化すればよいのです。今述べたことを振り返ってみると、電磁場は一回しか量子化しなかったのに第二量子化が得られたということになります。したがって、ベクトルポテンシャルAは、シュレディンガー方程式の波動関数ψに相当するということが言えそうです。Aはスカラーではなく、ベクトルですよね。このことが普通の物質波との大きな違いです。

真空中を伝わる光が縦波を持たず、横波しか持たない理由(誘電体中では縦波の成分をもつこともあります)マクスウェルの方程式から直接導かれる性質です。

それではまた。

Q偏微分の記号∂の読み方について教えてください。

偏微分の記号∂(partial derivative symbol)にはいろいろな読み方があるようです。
(英語)
curly d, rounded d, curved d, partial, der
正統には∂u/∂x で「partial derivative of u with respect to x」なのかもしれません。
(日本語)
ラウンドディー、ラウンドデルタ、ラウンド、デル、パーシャル、ルンド
MS-IMEはデルで変換します。JIS文字コードでの名前は「デル、ラウンドディー」です。

そこで、次のようなことを教えてください。
(1)分野ごと(数学、物理学、経済学、工学など)の読み方の違い
(2)上記のうち、こんな読み方をするとバカにされる、あるいはキザと思われる読み方
(3)初心者に教えるときのお勧めの読み方
(4)他の読み方、あるいはニックネーム

Aベストアンサー

こんちには。電気・電子工学系です。

(1)
工学系の私は,式の中では「デル」,単独では「ラウンドデルタ」と呼んでいます。あとは地道に「偏微分記号」ですか(^^;
その他「ラウンドディー」「パーシャル」までは聞いたことがあります。この辺りは物理・数学系っぽいですね。
申し訳ありませんが,あとは寡聞にして知りません。

(3)
初心者へのお勧めとは,なかなかに難問ですが,ひと通り教えておいて,式の中では「デル」を読むのが無難かと思います。

(4)
私はちょっと知りません。ごめんなさい。ニックネームは,あったら私も教えて欲しいです。

(2)
専門家に向かって「デル」はちょっと危険な香りがします。
キザになってしまうかどうかは,質問者さんのパーソナリティにかかっているでしょう(^^

*すいません。質問の順番入れ替えました。オチなんで。

では(∂∂)/

Q波数(k)を用いた空間座標表示を導入する意義を教えて下さい

金属結晶中の電子の状態について波数(k)を用いた空間座標表示を導入する意義を教えて下さい

Aベストアンサー

私もかつて金属電子論を勉強しはじめに、なぜこんな恣意的な表示をするのか?と悩んだことがあります。そのとき私が最終的に納得した答えを書きます。これだけが理由ではないかもしれませんが、私は以下のように考えて納得しました。

まず、仮にkでなく、単純に位置で表示することを考える。
すると、ある位置に対して電子のエネルギーを、横軸位置、縦軸エネルギーのグラフにプロットすることになる。
しかし量子力学では、位置固有状態が、かならずしもエネルギー固有状態ではないので、位置とエネルギーを同時に決定できない。
したがって、「ある位置にある電子のエネルギー」という上記のようなプロットは不可能。

では、どうしたらいいか?答えは、エネルギーと同時に固有状態になるある物理量を横軸に選び、縦軸エネルギー横軸???という形でプロットをすればいい。

仮に、結晶でなくただの一様な空間だと平面波がエネルギー固有状態で、
運動量と同時に固有状態になるので、この運動量あるいは、これをプランク定数(2πでわったもの)でわった波数kを横軸に選べばいい。

じゃあ、一様な空間でなく結晶の場合は?その場合でも実はエネルギーと
同時に固有状態になる物理量が存在する。それは結晶運動量でこれをhbarで割ったものが波数kになる。この存在を保証するのがブロッホの定理。

したがってkを横軸にとるとそのkのときのエネルギーとして、E-Kのプロットを作れる。

私もかつて金属電子論を勉強しはじめに、なぜこんな恣意的な表示をするのか?と悩んだことがあります。そのとき私が最終的に納得した答えを書きます。これだけが理由ではないかもしれませんが、私は以下のように考えて納得しました。

まず、仮にkでなく、単純に位置で表示することを考える。
すると、ある位置に対して電子のエネルギーを、横軸位置、縦軸エネルギーのグラフにプロットすることになる。
しかし量子力学では、位置固有状態が、かならずしもエネルギー固有状態ではないので、位置とエネルギーを...続きを読む

Qニュートリノと光子のヘリシティ

ニュートリノには左巻きのものしか存在せず、
同様に反ニュートリノには右巻きのものしか存在しないことの説明として、
(反)ニュートリノは光速度で運動しているからだ、というものがありますが
この説明はどの程度正しいものでしょうか?

話を複雑にしないため、とりあえず標準理論内で考えたいのですが、
 ニュートリノは質量を持たない(massless)ため光速度で運動する。
  ↓
 ニュートリノを追い越すことは不可能である、
 すなわち観測系を変えることで運動量を反転させる、といったことは出来ない。
  ↓
 左巻きのニュートリノは、何が起きようとも左巻きのまま。

というロジックをよく見かけます。
しかし、光子について調べてみると、光子はヘリシティh=±1を取り得る、という話があります。
これは、光子には右巻き左巻きが存在する、という意味ですよね?
光子はもちろん光速度で運動しているはずですから、ニュートリノに関する議論同様、
光子を追い越す観測系も存在しないはずです。
にも関わらず、ニュートリノと違い、右巻き左巻き両方が存在するというのは、
どこに由来するものなのでしょうか?


また、以上のような疑問について、webで調べてみたところ、
「ニュートリノを追い越して眺めるというのは、相対論的には、ある慣性系で観測者から遠ざかるニュートリノを、
 別の慣性系では観測者に近づいてくるように観測するということである。
 いずれの慣性系で観測してもニュートリノのヘリシティは同じである。
 ヘリシティが逆転するのは、あるスピンを持ったニュートリノを
 ある慣性系では正の方向に運動しているように観測する場合と、
 別の慣性系では負の方向に運動しているように観測する場合で起こる。
 ニュートリノが観測者に近づく場合と、観測者から遠ざかる場合では、
 スピンの向きに対して運動の方向は同じであるため、
 ヘリシティの逆転は起こらない。」
という説明をしているサイトを発見しました。
つまり、
仮にニュートリノを追い越すことが出来ても(=運動量を反転しても)、
スピンの向きが同様に反転するため、結果としてヘリシティも逆転しない、
と書かれているように読めます。
この説明は、上で記述した「よくあるロジック」と食い違っているように思えます。


一体、どの記述が間違っているのでしょうか?
あるいは、僕は何を勘違いしているのでしょうか?

ニュートリノには左巻きのものしか存在せず、
同様に反ニュートリノには右巻きのものしか存在しないことの説明として、
(反)ニュートリノは光速度で運動しているからだ、というものがありますが
この説明はどの程度正しいものでしょうか?

話を複雑にしないため、とりあえず標準理論内で考えたいのですが、
 ニュートリノは質量を持たない(massless)ため光速度で運動する。
  ↓
 ニュートリノを追い越すことは不可能である、
 すなわち観測系を変えることで運動量を反転させる、といったことは出来...続きを読む

Aベストアンサー

このサイト、最近質問・回答ともレベルの低下が著しいような気がしてしょうがない。久しぶりに回答する意欲が出る質問です。
現在、ニュートリノにも質量があることは確定していますが、質量はないものとして扱います。ある観測系と、それに相対的に光速に近い速さで動いている観測系というと文字通りには観測器械を光速に近い速さで動かさなければならないような気がしますが、実際にはその必要はないと考えられています(あのばかでかい加速器/測定器をゆっくりでも動かすのは困難)。すなわち大運動量の粒子を観測することは、その粒子が静止しているような光速に近い速さの観測系で観測することと同等と考えられています。ある観測系でどんな運動量のニュートリノを観測しても左巻きのものばかりということは、相対的に光速に近い速さで運動している観測系で見てもやはり左巻きのニュートリノばかりということです。ニュートリノのヘリシティについて説明しているサイトはおそらくそのことを言っているのだと思います。ニュートリノのヘリシティについて「観測系を変えることで運動量を反転させることは出来ないから左巻きのニュートリノは左巻きのまま」という説明で良いと思います。光子も観測系によって運動量が反転したりしません。それではなぜ光子のヘリシティは両方あるのでしょうか。光子はニュートリノと違って粒子と反粒子の区別がありません。生成後の光子のヘリシティを変えることはできませんが、どちらのヘリシティを持つ光子生成されえます。

このサイト、最近質問・回答ともレベルの低下が著しいような気がしてしょうがない。久しぶりに回答する意欲が出る質問です。
現在、ニュートリノにも質量があることは確定していますが、質量はないものとして扱います。ある観測系と、それに相対的に光速に近い速さで動いている観測系というと文字通りには観測器械を光速に近い速さで動かさなければならないような気がしますが、実際にはその必要はないと考えられています(あのばかでかい加速器/測定器をゆっくりでも動かすのは困難)。すなわち大運動量の粒子を...続きを読む

Q原子核、中性子の磁気モーメントについて

もう随分古い教科書ですが、
『新物理シリーズ7 磁性 金森順次郎 培風館』
を使って磁性について勉強しています。
自分の知識の無さもあり、文脈の解釈ができずに困っています。

-以下抜粋(ちなみに10ページ)-
原子核のスピンをhI→として、原子核の磁気モーメントμ→は、
μ→=gNμNI→
で与えられる。(μNは核磁子)
・・・(中略)・・・
中性子はスピン(1/2)hを持ち、電気的に中性ではあるが、
μ=-1.9131μN
という値の磁気モーメントを持っている。
ただしこのμはスピンI→のz成分Iz=1/2の状態でのz方向の磁気モーメントである。
-抜粋終了-

hというのは、全てhバーのことです。
矢印→は、ベクトルです。(例えばI→はIのベクトル)
Nというのは、核という意味の添え字です。

ここで問題が生じたのですが、『ただしこのμはスピンI→のz成分Iz=1/2の状態でのz方向の磁気モーメントである。』という一文が理解できません。
原子核のスピン磁気モーメントのz成分Izが1/2となるような状態においては、中性子のスピン磁気モーメントはz方向を向いて、その値がμ=-1.9131μNとなる、ということなのでしょうか?
とすると、Izが1/2でないときは、中性子のスピン磁気モーメントはμ=-1.9131μNではなくなるのでしょうか?

この本を読んでいない方でも、どなたかこの文章を上手く説明して頂けないでしょうか。よろしくお願いします。

もう随分古い教科書ですが、
『新物理シリーズ7 磁性 金森順次郎 培風館』
を使って磁性について勉強しています。
自分の知識の無さもあり、文脈の解釈ができずに困っています。

-以下抜粋(ちなみに10ページ)-
原子核のスピンをhI→として、原子核の磁気モーメントμ→は、
μ→=gNμNI→
で与えられる。(μNは核磁子)
・・・(中略)・・・
中性子はスピン(1/2)hを持ち、電気的に中性ではあるが、
μ=-1.9131μN
という値の磁気モーメントを持っている。
ただしこのμはスピンI→のz成分Iz=1/2の...続きを読む

Aベストアンサー

まず、角運動量と磁気モーメントの違いを、古典力学から再確認してみましょう。これらは量子力学では密接な関係を持ちますが、本来別々の物理量です。

 角運動量というのは、古典力学では、質量をもった粒子の回転に伴う力学的な物理量です。磁気的な性質をしめさない物でも、角運動量を持ちます。
 一方磁気モーメントというのは、それを磁場中に置いた時に、どれだけのトルクをうけるか、という磁気学的な物理量です。一番身近な例では、方位磁石が北を向くというのが、この磁気モーメントのせいです。このように、磁気モーメントは、回転運動をしていない場合にも0でない場合があり、また電気的に中性であっても磁気モーメントが0でない場合もあります。
 ただ、これら角運動量と磁気モーメントは、まったく無関係というわけでもありません。電流が円環状に流れているとき、この電流は回転軸方向に磁気モーメントを発生させます。また、球体の表面に電荷が分布しており、この球体が自転している場合にも、回転軸方向に磁気モーメントが現れます。
 さて、ここで電子や陽子などの粒子について、古典的に考えてみましょう。電子や中性子、陽子、それに光子などの粒子は、スピンという内部角運動量をもつことが発見されました。これは古典描像では自転に対応します。ただ、スピンはあくまで角運動量の一種であり、lzはそのZ成分です。ここに磁気モーメントという意味合いは本来含まれていません。
 陽子や電子は電荷を持っています。ですから、スピンと電荷の両方をもつ陽子や電子が磁気モーメントを持ち、電荷の符号の違いにより逆向きの値になっている事(電荷の正負により粒子の流れが同じでも、電流は逆向きになる)は、古典描像でも自然なことです。また、光子はスピンをもちますが、電荷を持たないため、これが磁気モーメントを持たないのもやはり古典的に自然なことです。量子力学では、スピンが粒子の自転であるとか、磁気モーメントの原因が荷電粒子の自転であるといった像は正しくないとされています。しかし、スピンが角運動量の一種であり、孤立した静止粒子の磁気モーメントがスピンと常に平行になるということは成立しています。
 次に中性子です。中性子もスピンを持ちますが、電荷を持ちません。ですから古典描像では、本来磁気モーメントを持たない方が自然です。これが引用文中に「電気的には中性ではあるが」の一文がある理由です。
 μ=-1.9131μNというのは、中性子単体での磁気モーメントであり、中性子のスピンが1/2であることから、磁気モーメントの値はこれと絶対値が同じであり、正負が異なる状態(lz=-1/2に対応)しかありません。

 さて、原子核の磁気モーメントは、それを構成する陽子と中性子の磁気モーメントの単なる和にはなっていません。これは最も単純な複数核子の原子核である重陽子(重水素の原子核)の磁気モーメントでも成立しています。この事実は早い時点から認識されており、核物理構築の初期段階で重要な役割を果たしました。

まず、角運動量と磁気モーメントの違いを、古典力学から再確認してみましょう。これらは量子力学では密接な関係を持ちますが、本来別々の物理量です。

 角運動量というのは、古典力学では、質量をもった粒子の回転に伴う力学的な物理量です。磁気的な性質をしめさない物でも、角運動量を持ちます。
 一方磁気モーメントというのは、それを磁場中に置いた時に、どれだけのトルクをうけるか、という磁気学的な物理量です。一番身近な例では、方位磁石が北を向くというのが、この磁気モーメントのせいです。こ...続きを読む

Qレイリー散乱とトムソン散乱などの違い

レイリー散乱とトムソン散乱などの違い

こんにちは!
機器分析を勉強しているのですが、
レイリー散乱とトムソン散乱などの違いが分かりません。
簡単な認識としては

入射光と励起光の波長が等しいものがトムソン散乱で
入射光と励起光の波長が違うものが(アンチ)ラマンストークス散乱
入射光と反射光(回折光)の波長が等しいものがレイリー散乱、
入射光と反射光の波長が違うものがコンプトン散乱という認識でいいでしょうか?

それと、コンプトン散乱は運動量が一定という解説がされていましたが、
入射光と反射光との波長が違っているという、これはどういうことでしょうか?

簡単でいいので説明してください。

Aベストアンサー

入射光と散乱光の波長が等しいものを弾性散乱といいます。
入射光と散乱光の波長が違うものを非弾性散乱といいます。

トムソン散乱とレイリー散乱は弾性散乱です。
(アンチ)ラマンストークス散乱とコンプトン散乱は非弾性散乱です。

トムソン散乱とレイリー散乱の違いについては、専門家の人には怒られてしまうかもしれませんけど、「入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長と同じくらいかそれよりも長いときに起こる弾性散乱のことをレイリー散乱と呼び、入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長よりも十分に短いときに起こる弾性散乱のことをトムソン散乱と呼ぶ」というくらいの認識でいいんじゃないかと私は思います。

原子や分子やイオンでは、電子遷移を起こす波長というのは紫外線や可視光線の波長ですから、
可視光線を試料に照射したときに起こるのがレイリー散乱と(アンチ)ラマンストークス散乱で、
X線を試料に照射したときに起こるのがトムソン散乱とコンプトン散乱である、
と考えていいです。


> という認識でいいでしょうか?

試料に照射する光のことを、励起光または入射光と呼びます。つまり励起光と入射光は同じものです。

X線回折実験では、散乱光(散乱X線)が互いに干渉することにより回折光(回折X線)ができます。回折光(回折X線)のことを反射光(反射X線)ということもあります。トムソン散乱は干渉性散乱なので回折が起こりますけど、コンプトン散乱は非干渉性散乱なので回折が起こりません。ですので、コンプトン散乱により出てきた光のことを反射光(反射X線)と呼ぶのは、間違いとまではいいませんけど、避けたほうが無難でしょう。トムソン散乱により出てきた光を反射光(反射X線)または回折光(回折X線)と呼ぶことは、まったく問題ありません。

これらをふまえると、

入射光と散乱光の波長が等しいものがレイリー散乱、
入射光と散乱光の波長が違うものが(アンチ)ラマンストークス散乱、
入射X線と散乱X線の波長が等しいものがトムソン散乱、
入射X線と散乱X線の波長が違うものがコンプトン散乱。

ということになります。


> コンプトン散乱は運動量が一定

運動量が一定、ではなく、運動量の和が一定です(運動量はベクトルなのでベクトル和が一定)。

 入射光の運動量+試料中のある一個の電子の運動量=散乱光の運動量+弾き飛ばされた電子の運動量

左辺の第二項(試料中のある一個の電子の運動量)は、他の三項に比べると無視できるほど小さいので、

 入射光の運動量=散乱光の運動量+弾き飛ばされた電子の運動量

になります。

参考URL:http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/Part3/P37/Compton_effect.htm

入射光と散乱光の波長が等しいものを弾性散乱といいます。
入射光と散乱光の波長が違うものを非弾性散乱といいます。

トムソン散乱とレイリー散乱は弾性散乱です。
(アンチ)ラマンストークス散乱とコンプトン散乱は非弾性散乱です。

トムソン散乱とレイリー散乱の違いについては、専門家の人には怒られてしまうかもしれませんけど、「入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長と同じくらいかそれよりも長いときに起こる弾性散乱のことをレイリー散乱と呼び、入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長よりも十分...続きを読む

Q磁力とはなんですか?

磁石に鉄を地が付けると付くのは判ります。電磁力などについても理解しているつもりです。でも、磁力の本質がわかりません。
物理学の本を見ても、あたりまえのように磁力・磁力線と言う用語が出てきます。
そこで質問です。磁力とはなんですか?

Aベストアンサー

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和されて、磁力を外部に出さないため磁力に反応しない
鉄や希土類などの強磁性物質は、一部の電子のスピンが揃って(中和せずに)、磁性が生じているために磁石によく反応します。

理科年表などを確認していただくと磁化率をわずかでも持っていますので、全く反応しないわけではありません。
また、歳差運動により反磁性も存在します。強磁界に水を入れると反発します。
うまくすれば蛙などが浮く実験をやることが出来ます。

場の理論により、すべての力は粒子が介すると解釈できるのですが、その場合電磁力を介する粒子は光子です。
つまり磁力は光子と言うことも出来ます。

と言うのが現象的な説明になりますが、根本的に何者なのか、逆に電気力とは電荷とは何ですかと言う根本的な質問には答えられないですね。
これも当たり前の様に電気力、電気力線などと言う用語が出ます。
電磁波と言う波を作ることから、この世界の根本的な構成体のゆがみなのかもしれません。

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和...続きを読む


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