共鳴吸収について質問です。 外部からエネルギーを吸収して、不連続なエネルギー状態間での遷移(励起)が

共鳴吸収について質問です。
外部からエネルギーを吸収して、不連続なエネルギー状態間での遷移(励起)が起こる場合には、二つの状態間のエネルギー差に相当する、一定のエネルギーを受け取った時だけ強く励起が起こると習ったのですが、

二つの状態間のエネルギー差より十分大きいエネルギーを受け取った時に励起が起こらないのは何故ですか？

質問者からの補足コメント

• 外部からあるエネルギーを持ったγ線が飛んでくるとしてください。

    補足日時：2017/10/12 12:17

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2017/10/12 17:44

No.1&2です。

No.1の「お礼」に書かれたことについて。

＞ここでは例えば10keV分、基底状態から離れている励起状態があったとして、原子が基底状態にあった時、20keVの光が当たった時には、遷移は起こらないのか？ということです。

「20keVの光」が、「20keVの光子1個」なら、そのエネルギーは
　hν = 20 (keV) ≒ 3.2*10^(-15) (J)
なので、振動数は
　ν = 4.8 * 10^18 (Hz) = 4.8 * 10^6 (THz)
です。

光量子は、残念ながら「20 keV の光子が、10 keV のエネルギーを相手原子に渡し、10 keV の光子になる」ということは起こりえません。「20 keV の光子が消滅して 20 keV のエネルギーになるか、20 keV の光子のまま（相手にエネルギーを渡さない）でいるかのどちらか」しかありえないのです。

もし「20keVの光」が、「10keVの光子２個」なら、その各々のエネルギーは
　hν = 10 (keV) ≒ 1.6*10^(-15) (J)
なので、振動数は
　ν = 2.4 * 10^18 (Hz) = 2.4 * 10^6 (THz)
ということになります。この波長のガンマ線なら、「10keVの光子２個」のうちの1個が原子を励起して消滅し、「10keVの光子１個」が残ります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。さらに追加で質問してもよろしいでしょうか？
上の設定で20keVの光が20keVの光子一個だとして、それが原子を励起(エネルギー差10keV)させた場合、残りの10keVのエネルギーは反跳などの励起以外のエネルギーに変わると考えて大丈夫でしょうか？

お礼日時：2017/10/12 22:39

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2017/10/12 12:30

No.1です。

「補足」に書かれたことについて。

＞外部からあるエネルギーを持ったγ線が飛んでくるとしてください。

ガンマ線も光も同じ「電磁波」であり、No.1の説明はそのまま「ガンマ線」にも当てはまります。
それはご存知なのですよね？

この回答へのお礼

大丈夫です。γ線は振動数の大きい電磁波であることは知っております。他にこの質問を見た方に外部からのエネルギーが何なのかを伝えるために念のため、書きました。

お礼日時：2017/10/12 12:49

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/10/12 11:44

外部からのエネルギーというのが「光」で、「光量子のエネルギー E = hν (ν：光の振動数）」が「二つの状態間のエネルギー差に相当する」ときに「励起」が起こる、というミクロの世界での「共鳴」の話でしょうか。

そうであれば、光のエネルギーは「振動数」で決まりますので、その振動数の光に対して「励起」が起こり、その振動数とは異なる振動数の光では、光の振幅をいくら大きく（「明るい光」「強い光」「強度の大きい光」）しても、「励起」は起こりません。

光の「エネルギー」と「強度」の違いを確認してください。（アインシュタインがノーベル賞を受賞した「光量子仮説」。例えば下記サイトなど）
http://koshiro56.la.coocan.jp/contents/relativit …

ご質問の「二つの状態間のエネルギー差より十分大きいエネルギーを受け取った時」が、光が広範囲の振動数を含む場合や、光が「励起エネルギー」に相当する振動数を含むものであれば、励起は起こります。「振動数」を考える必要があります（それが「共鳴」の意味です）。

この回答へのお礼

質問文が悪かったです。
強度とエネルギーの違いは分かっています。
ここでは例えば10keV分、基底状態から離れている励起状態があったとして、原子が基底状態にあった時、20keVの光が当たった時には、遷移は起こらないのか？ということです。

お礼日時：2017/10/12 12:55