Energieströmung bei der Absorption eines Photons

- ganz klassisch -

Im Ursprung befindet sich ein "punktförmiger" Hertzscher Dipol (z.B. ein Atom) mit einem Dipolmoment in Richtung der z-Achse (vertikal, geeignet normiert). Von links (negative x-Achse, geeignet normiert) kommt eine in z-Richtung polarisierte ebene Welle. Dipol und einfallende Welle schwingen in Phase.

Wie geht die Energie der einfallenden Strahlung auf den Dipol (die Antenne, das Atom) über?

In der klassischen Physik berechnet man dazu den Poynting-Vektor (zeitlich gemittelt). Das zugehörige Vektorfeld ist durch die Pfeile dargestellt (Pfeillänge in logarithmischem Maßstab wegen der Singularität im Ursprung). Die Flusslinien der Energieströmung erhält man durch Integration der zugehörigen Differentialgleichungen (numerisch mit Maple).

Dass die einströmende Energie vor dem Atom auf das Atom fokussiert wird, erwartet man intuitiv. Erstaunlich ist aber die Erkenntnis, dass es auch hinter dem Atom noch einen Bereich gibt, in dem die Flusslinien zum Atom zurückkehren.

Das vorangehende Bild zeigt einen Schnitt in der x-z-Ebene. 

In der x-y-Ebene saugt das Atom noch mehr Energie aus der einfallenden Strahlung, hat einen noch größeren (differentiellen) Wirkungsquerschnitt.

 

Die räumliche Darstellung der Energieströmung ist nicht ganz einfach. Wir versuchen es zunächst mit einer Flusslinie. Mit der linken Maustaste kann das Bild gedreht werden.Mit der rechten Maustaste können weitere Optionen eingestellt werden... 3D-Flusslinie zeigen

Noch mehr Flusslinien gefällig? Kein Problem - alles nur eine Frage der Perspektive oder der passenden  Maustaste (wird im IE9 u.U. nicht angezeigt).

Aber wie findet nun das Photon seinen Weg ins Atom?

'Moderne Physik mit Maple'

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