유도 방출에서 광자가 전자에 흡수될 때 전자가 높은 에너지에서 낮은 에너지로 점프하는 이유는 무엇입니까?
Why does an electron jump from higher energy to lower energy when a photon is absorbed by it in a stimulated emission?
고에너지 오비탈의 전자는 유도 방출을 일으키는 광자를 흡수하지 않습니다.
The electron in a higher-energy orbital doesn’t absorb the photon that causes stimulated emission.
대신 새로 생성된 광자가 원래 광자와 여행 동반자로 합류합니다.
Instead, a newly-created photon joins the original photon as a traveling companion.
첫 번째 광자는 (여기된 전자를 가진) 원자를 자극하여 바닥 상태로 돌아가지만 그 광자는 그 과정에서 흡수되거나 파괴되지 않습니다.
The first photon stimulates the atom (with its excited electron) to return to ground state, but that photon isn’t absorbed or destroyed in the process.
이 자극은 광자가 보손 (정수 스핀을 갖는 입자) 이기 때문에 발생합니다.
This stimulation occurs because photons are bosons - particles with integer spin.
보손은 보스-아인슈타인 통계를 따르며, 이러한 통계의 한 가지 결과는 보손이 다른 상태에서 마무리되는 대신 동일한 상태에서 수집될 가능성이 더 높다는 것입니다.
Bosons obey Bose-Einstein statistics, and one consequence of those statistics is that bosons are more likely to collect in the same state instead of winding up in different states.
따라서 여기된 원자는 무작위로 바닥 상태로 돌아가서 첫 번째 광자와 상관관계가 없는 광자를 방출할 수 있습니다.
So, the excited atom might randomly return to the ground state and emit a photon that’s not correlated to the first photon
즉, 새로운 광자는 다른 순간에 태어나 다른 방향으로 향할 수 있습니다.
That is, the new photon could be born at a different moment and head off in a different direction.
또는 여기된 원자가 첫 번째 광자와 상관관계가 있는 광자 를 방출할 수도 있습니다.
Or, the excited atom might happen to emit a photon that does correlate with the first photon.
첫 번째 추측은 원자가 첫 번째 광자의 상태와 일치하도록 새로운 광자를 방출하는 것이 순전히 행운일 것이라는 것입니다.
Your first guess would be that it would just be pure luck for the atom to emit the new photon to match the state of the first photon.
(실제로 어느 쪽이든 에너지 보존 및 운동량 보존과 양립할 수 있습니다. 따라서 두 가지 방법 모두 가능하며 둘 다 발생합니다.)
(Indeed, either way would be compatible with the conservation of energy and the conservation of momentum. Thus, both ways are possible, and both occur.)
그러나 Bose와 Einstein이 보여준 것은 통계가 순전히 운이 아니라는 것입니다.
But what Bose and Einstein showed was that the statistics aren’t pure luck
확률은 첫 번째 상태와 일치하도록 새로운 광자를 방출하는 원자에 유리하게 구부러집니다.
Instead, the odds are bent in favor of the atom emitting the new photon to match the state of the first.
양자 역학에서 입자는 다양한 가능한 상태에 있을 확률을 제공하는 파동 함수로 설명됩니다.
In quantum mechanics, particles are described by wave functions that give the probabilities for being in various possible states.
보손을 설명하는 파동 함수에 대한 까다로운 수학적 세부 사항을 살펴보면 보손이 동일한 상태에 있을 확률이 더 높아진다는 것을 알 수 있습니다.
If you look at the picky mathematical details for the wave functions that describe bosons, you’ll find that those probabilities add up to higher odds for bosons to be in the same state.
유도 방출은 동일한 물리학의 결과입니다.
Stimulated emission is a consequence of the same physics.
반정수 스핀을 갖는 전자와 같은 입자인 페르미온의 경우에는 그 반대입니다.
The opposite is true for fermions - particles like electrons that have half-integer spin.
그들이 같은 상태에 있을 확률은 합산하는 대신 0이 됩니다.
The odds for them being in the same state / cancel out to zero / instead of adding up.
그렇기 때문에 여러 개의 전자를 가진 원자의 전자가 모두 동일한 바닥 상태로 떨어지는 대신 에너지가 다른 모든 궤도에 쌓입니다.
That’s why electrons in an atom that has multiple electrons stack up in all those orbitals with different energies instead of all dropping down to the same ground state.
(더 기술적으로 보손은 대칭 파동함수를 갖고 페르미온은 반대칭 파동함수를 가집니다.)
(More technically, bosons have symmetric wave functions and fermions have anti-symmetric wave functions.)
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