光子が中性子、陽子、電子に衝突すると…

質問

光子(日光)が鉄原子(鉄板)の中性子、陽子、電子に衝突する時に、それぞれどのような作用が起こりますか。

回答No.3

Tacochin · ベストアンサー

＃２です。

加速器などを扱う実験室で、陽子や電子単体のような粒子レベルで衝突させる場合は、物体の塊へ光子を当てる場合とは異なります。

例えば、こちら。
↓
陽子に光子をぶつけて内部構造を探索、その革新的実験が解き明かすもの
https://wired.jp/article/the-quest-to-map-the-inside-of-the-proton/

上のサイトの実験では、光子を直接、陽子へ衝突させるのではなく、電子を陽子に衝突させることによって、電子から放出された光子を陽子内部のクォークへ衝突させるようです。陽子へ軽く電子を当てると、内部のクォークへ光子が入って、グルーオンで結合されている他のクォークから光子が放出されるようです。

上記サイトの一部引用：
---
比較的強力な衝突においては、電子は大量のクォークとグルーオン（クォークどうしを結びつける、いわゆる「強い力」をもつ粒子）でできた泡立つ海に飲み込まれるという。
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↑
電子を強く衝突させると、グルーオンの海に飲み込まれるらしいです。

細かく見ていくと難しい話かも知れませんが、実験内容を要約すると、他の質量粒子と陽子との間に重力子が媒介して重力が働いていることを検出する「グラビトン散乱実験」と同じような情報が得られるということのようです。入る光子と出る光子二つで重力の代役を果たしているという結論のようです。

またこういう実験も行われているようです。
↓
光子-陽子衝突におけるスピン1粒子 を媒介とした暗黒物質の検索について
https://indico.ipmu.jp/event/164/contributions/2434/attachments/2088/2524/FPW2018.pdf

お礼

興味深い実験をいくつも解説してくださり、ありがとうございます。

回答No.2

Tacochin

＃１さんがおっしゃっているように、直接、中性子や陽子に衝突することはありません。衝突は電子殻（＃１さんがおっしゃっているバリア）止まりです。光子が電子雲（不確定性原理で位置が曖昧になった電子）に衝突すると「光電効果」が起こります。光の粒子性を示す代表的な現象です。

物質に光を照射した際に、電子が放出されたり電流が流れたりする現象です。デジカメや太陽光発電の動作原理として広く利用されています。単に光電効果という場合は外部光電効果を指す場合が多いようです。

☆外部光電効果
光と電子の相互作用によって、光のエネルギーが電子に与えられ、電子（光電子）が物質の表面から放出される現象。

広義には電子だけでなく、以下も含まれる
・原子や分子を外部に放出
・気体の原子や分子が自由電子を放出
　（光イオン化）

☆内部光電効果
　光起電力効果，光伝導，光導電ともいう。

・半導体や絶縁体に充分な短波長の光を
　照射すると、物質内部の伝導電子が
　増加する現象

・上記現象によって起こる電気伝導率が
　増加するなどの現象

Wikipedia「光電効果」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E5%8A%B9%E6%9E%9C

お礼

陽子の詳しい解説をありがとうございます。

回答No.1

tetsumyi

光子は鉄原子(鉄板)の中性子、陽子、電子に衝突できません。
光子は原子レベルの広がりのある電磁現象であり鉄板の表面を覆っている電子雲が強力なバリアとなって吸収したり反射したりするからです。

お礼

大量の自由電子が鉄板の表面全体を覆う電子雲を形成している訳ですね。知識を惜しみなく分け与えてくださり、ありがとうございます。