TREŚĆ:

Zadanie 17.

Historia zaczyna się od pewnego dość młodego, bo ledwie dobiegającego czterdziestki pana. W 1916 roku w swojej pracy naukowej zasugerował on istnienie zjawiska nowego typu. Elektron w atomie może przebywać w stanie podstawowym, o najniższej energii, lub w którymś ze wzbudzonych. Obliczenia wskazywały, że jeśli elektron jest w stanie wzbudzonym, a na atom padnie kwant promieniowania o energii odpowiadającej różnicy między poziomem wzbudzonym a niższym, wówczas elektron przejdzie do stanu niższego, emitując kwant promieniowania identyczny z padającym. „Na wejściu” mamy więc jeden foton, a „na wyjściu” już dwa, o tej samej energii, fazie i polaryzacji, poruszające się w tym samym kierunku. Nowe zjawisko jest zatem naturalną metodą powielania fotonów. Współcześni ocenili odkrycie jako mało przydatne, przecież atomy najczęściej przebywają w stanie podstawowym! Inwersja obsadzeń, czyli sytuacja, gdy w układzie fizycznym mamy więcej atomów wzbudzonych niż w stanie podstawowym, wydawała się skrajnie mało prawdopodobna. Sceptyczne przyjęcie nie miało specjalnego wpływu na samopoczucie odkrywcy, bo ten był już światu doskonale znany z innych powodów. Zapewne dlatego dziś tak niewielu pamięta, że opisane zjawisko, czyli emisję wymuszoną, odkrył Albert Einstein.

Na podstawie: Jarosław Chrostowski, Era posłusznych fotonów, „Wiedza i Życie” nr 6, 2010 

Zadanie 17.1.

Pewien fizyk twierdzi, że gdy na atom w stanie wzbudzonym pada kwant promieniowania o energii odpowiadającej różnicy między tym stanem a niższym (jak w opisanym zjawisku), to niekiedy przejściu elektronu do stanu niższego towarzyszy emisja dwóch kwantów promieniowania identycznych z padającym – czyli z jednego kwantu powstają trzy jednakowe kwanty.

Spośród poniższych zdań wybierz jedno, które prawidłowo ocenia i uzasadnia, czy to, co twierdzi fizyk, jest możliwe.

A. Jest to możliwe, ale wymaga bardzo starannego dopasowania energii kwantu do różnicy energii stanów atomu.
B. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania pędu.
C. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania energii.
D. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania ładunku.

---

ROZWIĄZANIE:

 Uzasadnienie: 

Naszym celem jest wybranie poprawnej odpowiedzi. Fizyk z zadania twierdzi, że na skutek wzbudzenia elektronu przez kwant promieniowania, po jego powrocie do stanu podstawowego zostaną wyemitowane dwa kwanty promieniowania o tej samej energii co kwant początkowy. Taka sytuacja jest niemożliwa, ponieważ gdyby dwa emitowane kwanty promieniowania miały taką samą energię jak kwant początkowy, zostałaby złamana zasada zachowania energii - wyemitowano by więcej energii niż dostarczono.

 Odpowiedź: 

C. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania energii.