प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रिया और फोटॉन
फोटॉन की अवधारणा और परमाणुओं द्वारा प्रकाश के अवशोषण और उत्सर्जन के क्वांटम उपचार से प्रकाश और पदार्थ के बीच ऊर्जा का असतत आदान-प्रदान होता है।
Definition
प्रकाश का ऊर्जा और संवेग के क्वांटा, फोटॉनों के रूप में वर्णन, और उन परिमाणित प्रक्रियाओं का वर्णन जिनके द्वारा परमाणु और अणु उन्हें अवशोषित और उत्सर्जित करते हैं, जो ऊर्जा संरक्षण और क्वांटम संक्रमण नियमों द्वारा नियंत्रित होते हैं।
Scope
यह विषय असतत फोटॉनों के रूप में प्रकाश की क्वांटम प्रकृति और पदार्थ के साथ प्रकाश की मूलभूत अंतःक्रियाओं को शामिल करता है। इसमें प्रकाशविद्युत प्रभाव और कॉम्पटन प्रभाव से फोटॉनों के लिए ऐतिहासिक प्रमाण, एक फोटॉन की ऊर्जा और संवेग, अवशोषण, स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन और उत्तेजित उत्सर्जन का क्वांटम-यांत्रिक उपचार, चयन नियम, उत्सर्जन को संशोधित करने में अवस्थाओं के घनत्व और गुहा क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स की भूमिका, और एकल-फोटॉन संसूचन शामिल हैं। यह प्रकाश के कण पहलू को परमाणु ऊर्जा स्तरों से जोड़ता है और लेजर लाभ तथा एकल-फोटॉन प्रौद्योगिकियों के लिए आधार प्रदान करता है।
Core questions
- क्या प्रायोगिक प्रमाण यह दर्शाते हैं कि प्रकाश फोटॉनों में परिमाणित होता है?
- एक फोटॉन कितनी ऊर्जा और संवेग वहन करता है?
- परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमणों में फोटॉनों को कैसे अवशोषित और उत्सर्जित करते हैं?
- स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन की दर को कैसे संशोधित किया जा सकता है?
Key concepts
- फोटॉन ऊर्जा और संवेग
- प्रकाशविद्युत प्रभाव
- कॉम्पटन प्रभाव
- अवशोषण और उत्सर्जन
- चयन नियम
- स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन दर
- गुहा क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स
- एकल-फोटॉन संसूचन
Key theories
- फोटॉन और प्रकाशविद्युत प्रभाव
- आइंस्टीन ने 1905 में प्रस्तावित किया कि प्रकाश ऊर्जा आवृत्ति के समानुपाती ऊर्जा के क्वांटा में आती है, जिससे प्रकाशविद्युत प्रभाव की व्याख्या होती है; कॉम्पटन प्रभाव ने बाद में पुष्टि की कि फोटॉन संवेग भी वहन करते हैं।
- अवशोषण और उत्सर्जन का क्वांटम सिद्धांत
- परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण समान ऊर्जा के फोटॉनों को अवशोषित या उत्सर्जित करते हैं; स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन, उत्तेजित उत्सर्जन और अवशोषण को क्वांटम-यांत्रिक रूप से उपचारित किया जाता है, जिसमें उत्सर्जन दर विद्युत चुम्बकीय वातावरण पर निर्भर करती है।
Clinical relevance
फोटॉन चित्र फोटोथेरेपी और फोटोडायनामिक थेरेपी में प्रकाश की मात्रात्मक खुराक (dosimetry), फ्लोरेसेंस लाइफटाइम इमेजिंग और पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (positron emission tomography) स्किन्टिलेशन में एकल-फोटॉन संसूचकों का संचालन, और ऊतक में प्रकाश ऊर्जा कैसे जमा करता है, इसकी व्याख्या का आधार है।
History
प्लैंक के 1900 के ऊर्जा के परिमाणीकरण और आइंस्टीन के 1905 के प्रकाश-क्वांटम परिकल्पना ने विकिरण में असततता को पेश किया, जिसमें प्रकाशविद्युत प्रभाव के कार्य ने आइंस्टीन को 1921 का नोबेल पुरस्कार दिलाया। कॉम्पटन के 1923 के प्रकीर्णन प्रयोग ने फोटॉन संवेग की पुष्टि की, और डिराक के 1927 के क्षेत्र के परिमाणीकरण ने प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रिया का आधुनिक सिद्धांत दिया।
Key figures
- Albert Einstein
- Max Planck
- Arthur Compton
- Paul Dirac
Related topics
Seminal works
- loudon2000
- einstein1905
Frequently asked questions
- क्या प्रकाश एक तरंग है या एक कण?
- प्रकाश तरंग और कण दोनों व्यवहार प्रदर्शित करता है; यह एक तरंग के रूप में फैलता और व्यतिकरण करता है लेकिन पदार्थ के साथ ऊर्जा और संवेग का आदान-प्रदान असतत क्वांटा में करता है जिन्हें फोटॉन कहा जाता है, यह पूरकता क्वांटम सिद्धांत द्वारा समझाई जाती है।
- एकल फोटॉन की ऊर्जा क्या है?
- एक फोटॉन की ऊर्जा प्लैंक स्थिरांक गुणा उसकी आवृत्ति होती है, इसलिए उच्च-आवृत्ति, कम-तरंगदैर्ध्य प्रकाश जैसे पराबैंगनी, निम्न-आवृत्ति प्रकाश जैसे अवरक्त की तुलना में प्रति फोटॉन अधिक ऊर्जा वहन करता है।