Elctrodinamica cuantică

Noţiuni introductive; Fotomultiplicatorul; Proprietăţi ale luminii; Reflexia parţială; Reflexia totală; Refracţia; Reţele de difracţie.

Cuprins

Ce este electrodinamica cuantică?

Obiectivul prezentării:Vom urmări îndeaproape modul în care se realizează

interacţiunea luminii cu materia.

Noţiuni introductive

Electrodinamica cuantică - QED - studiază interacţiunile dintre radiaţia electromagnetică şi materie.

În imaginile de mai jos puteţi vedea un fotomultiplicator. Cu ajutorul său se pot număra fotoni individuali. Este o modalitate simplă prin care putem verifica faptul că fotonii sunt particule. Dacă lumina nu ar fi constituită din particule, atunci nu am avea ce să numărăm.atunci nu am avea ce să numărăm

Fotomultiplicatorul

Fiecare instrument construit vreodată cu scopul de a detecta lumină de intensitate slabă a dovedit acelaşi lucru. Lumina are în componenţă particule, deci are şi un caracter corpuscular, nu doar unul ondulatoriu.

Tot ceea ce trebuie să ştim despre lumină pentru a putea înţelege materialele video care urmează se referă la proprietăţile familiare, pe care le putem observa zilnic, asociate luminii:

1. faptul că lumina se deplasează pe traiectorii rectilinii;2. îşi schimbă direcţia de propagare la intrarea în apă (refracţia luminii);3. atunci când se reflectă la contactul cu suprafaţa unei oglinzi (reflexia, fenomenul de reîntoarcere parțială a luminii în mediul din care a venit atunci când întâlnesc o suprafaţă de separare a două medii) unghiul sub care loveşte oglinda este egal cu unghiul sub care părăseşte suprafaţa oglinzii (unghiul de reflexie);4. lumina poate fi descompusă în culorile constituente.

Proprietăţi ale luminii

Fiecare dintre noi şi-a privit măcar o dată silueta parţial reflectată în geamul unei ferestre, privind prin acesta.Dacă plasăm un fotomultiplicator în punctul A, deasupra piesei din sticlă, pentru a detecta toţi fotonii reflectaţi de pe suprafaţa superioară şi un altul în punctul B, în interiorul sticlei (vezi figura de mai jos).

Reflexia parţială

Se constată că, în medie, pentru fiecare 100 de fotoni trimişi perpendicular pe direcţia blocului de sticlă, doar 4 ajung în punctul A, în timp ce 96 ating punctul B. Ne confruntăm în acest moment cu o problemă, deoarece, dacă luăm în considerare fiecare foton care ajunge la nivelul sticlei, ne-am putea întreba, şi pe bună dreptate, în ce mod "decide" fotonul dacă va trece prin sticlă sau se va întoarce, în urma fenomenului de reflexie, în direcţia sursei de lumină?

Reflexia parţială

Să aruncăm o privire şi asupra fenomenului de refracţie, care are loc la trecerea luminii dinspre aer spre apă. Deoarece viteza luminii este mai mică în apă decât în aer, să poţi "alege" ruta corespunzătoare timpului minim prin aer şi apă ar putea denota "inteligenţă" din partea luminii.

Refracţia

Daca vom inlocui sticla cu o oglindă si vom muta sursa de lumină de o parte a oglinzii, iar de cealaltă parte vom poziţiona fotomultiplicatorul. Vom poziţiona şi un ecran în mijloc, astfel încât fotonii să nu poată ajunge direct dinspre sursă spre fotomultiplicator, ci doar în urma reflexiei la nivelul suprafeţei oglinzii.

Experienţa de zi cu zi ne sugerează că fotonii vor ricoşa la contactul cu centrul oglinzii deoarece în acea zonă unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie. Mai mult, intuiţia ne indică drept evident faptul că zonele dinspre capetele oglinzii nu au nimic de-a face cu fenomenul de reflexie care are loc. Ceea ce ne aduce la întrebarea din start, legată de "inteligenţa luminii". Cum e posibil ca lumina să "ştie" că ar trebui fi să urmeze această rută unică, din moment ce multe altele sunt posibil

Reflexia totală

Reţeaua de difracţie este un sistem format dintr-un număr mare de fante realizate într-un plan opac, fante ce sunt identice, paralele, apropiate şi egal depărtate între ele. Practic reţeaua de difracţie se obţine prin trasarea unui mare număr de zgârieturi pe o placă de sticlă, sau alt material transparent, pe metale, etc.

Reţele de difracţie

Canelurile de pe suprafaţa unui CD pot acţiona

asemeneaunei reţele de difracţie,

producând reflexii iridescente. 

http://www.youtube.com/watch?v=WkNQLiSy-G0&feature=player_embedded

http://www.youtube.com/watch?v=Sfoh5rEewDU

http://www.youtube.com/watch?v=erFNXjcimE4

Link-uri