Otras carreras Aceleración y el campo electromagnético

[Pola]

Buenos días.

Hace unas semanas, en un hilo titulado "Relatividad más allá de la divulgación", le contestaba muy convencido a la persona que lo había abierto que el fotón, que es la partícula del campo electromagnético, no se acelera bajo su acción y que su velocidad es constante e igual a 300.0000 kms/s.

Pero ahora tengo una duda: ¿por qué no se acelera?

Pensé que si el campo produce una fuerza, por definición, el resultado de su aplicación sobre cualquier cosa tiene que producir una aceleración.

He brujuleado por wikipedia buscando información sobe el fotón y el campo electromagnético, y tanto en el "campo electromagnetico clásico" como en el "campo magnético en teoría de la relatividad", veo que éste campo se define como una fuerza.

¿Por que razón entonces no acelera al fotón?

El campo electromagnético cuántico ya no lo entiendo. Se habla de un operador autodjunto con una serie de componentes. Aparece una fórmula que soy incapaz de comprender. Agradecería si alguien me explica sin en el contexto de ésta teoría, el campo se interpreta también como una fuerza o si no y también si responde a mi duda inicial.

Un saludo y buen confinamiento

[Alriga]

La explicación "clasica", (no cuántica) es que el campo eléctrico genera fuerzas sobre cargas. Wikipedia: el campo eléctrico E se puede describir como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica $F_e$ dada por la siguiente ecuación

$\vec F_e=q \ \vec E$

La partícula "fotón" no está cargada (la "q" de un fotón es cero), luego el campo eléctrico no ejerce ninguna fuerza sobre ella.

Lo mismo sucede en un campo magnético B, solo hay fuerza magnética $F_m$ si la partícula está cargada:

$\vec F_m=q \ \vec v \times \vec B$

Si hay tanto un campo eléctrico como uno magnético presentes, se aplica el teorema de superposición:

$\vec F=q \ (\vec E+\vec v \times \vec B)$

Saludos.

[Pola]

Gracias, Alriga. Pensarás que soy muy pesado, pero al leer tu respuesta, me quedo con la duda de si las cargas q se aceleran o no

[carroza]

Pregunta de Pola:

¿Por que razón entonces (el campo electromagnetico) no acelera al fotón?

Respuesta de Alriga:

La partícula "fotón" no está cargada, luego el campo eléctrico no ejerce ninguna fuerza sobre ella.

Saludos

[Alriga]

.. me quedo con la duda de si las cargas q se aceleran o no

La carga del fotón es $q=0$ por lo tanto el fotón no se acelera en campos eléctricos ni magnéticos. Las partículas cargadas ($q \neq 0$) sí se aceleran, puesto que sienten las fuerzas de los campos con una intensidad:

$\vec F=q \ (\vec E+\vec v \times \vec B)$

La aceleración que sufren (aproximación no relativista) es:

$\vec a=\dfrac{\vec F}{m_q}$

En donde $m_q$ es la masa de la partícula cargada.

Saludos

[Pola]

Gracias por la aclaración, Carroza. Tienes razón.

Y gracias también a Alriga por la explicación.

Igual me estoy liando y digo una tontería, pero pensaba entonces que un electrón - que es una carga - cuando absorbe un fotón - que es la partícula que transmite la energía del campo electromagnético - por un lado incremente su energía, pero también se acelera, ¿no?

Y en un átomo, la atracción que sufren los electrones, debe interpretarse como un intercambio de fotones entre los protones del núcleo y los electrones, ¿no?

Y entonces, ¿por qué no incrementan su energía y se aceleran?

[Alriga]

Una cosa es un fotón atravesando un campo eléctrico o magnético estático (el fotón no se desvía) y otra cosa es un fotón chocando físicamente contra un electrón. En un choque de ese tipo (es como un choque de dos bolas de billar) se conserva el momento lineal y la energía y se estudia planteando la ecuaciones de conservación de esas dos magnitudes.

Si el choque es con un electrón libre, el fotón no puede "desaparecer", solo desviarse, la demostración la encontrarás en Interacción fotón - electrón. Los electrones solo son absorbidos por átomos, es necesaria la presencia del núcleo además del electrón contra el que colisiona el fotón para que cuando el fotón desaparece se pueda conservar la energía y la cantidad de movimiento.

Saludos.

[Pola]

Lo entiendo a medias. Gracias por la explicación, Alriga

[Pola]

Buenas días de nuevo. He leído la demostración en "Interacción fotón - electrón". Muy bonita. Queda claro qué es lo que no puede suceder.

No entiendo tu segunda frase: "Los electrones solo son absorbidos por átomos, es necesaria la presencia del núcleo además del electrón contra el que colisiona el fotón para que cuando el fotón desaparece se pueda conservar la energía y la cantidad de movimiento".

¿Un electrón dentro de un átomo es un "electrón libre" al que aplica ésa explicación o no? ¿Puede absorber totalmente al fotón? ¿Por qué se habla de "intercambios virtuales"? No entiendo muy bien qué papel juega el núcleo para mantener la energía y la cantidad de movimiento.

Un saludo

[Richard R Richard]

Lo entiendo a medias.

Aver si puedo aportarte un granito más a lo que te han explicado perfectamente.

Los electrones pueden encontrarse en la naturaleza de dos formas o bien unidos o bien separados de un átomo.

Cuando está unido, si un fotón lo impacta, la energía y el momento del fotón se absorben por el electrón, que por estar unido transmite algo de energía y momento al resto del átomo, entonces se conserva la energía total átomo+fotón y se conserva el momento pues se acelera el átomo.

Pero cuando el electrón está solo , no es posible que se compensen momento y energía simultáneamente, o te sobra energía o te sobra momento en alguna dirección determinada. Es decir no se pueden cumplir los dos principios de conservación para el mismo impacto, luego la naturaleza hace que el fotón no pueda ser absorbido por el electrón y sigue su curso .


Eso es lo que en muy muy muy resumidas cuentas dicen los artículos,, no es muy difícil ver porque no es posible también matemáticamente.

[Pola]

Vale. Eso lo entiendo. Gracias Richard