Cuando un fotón se convierte en un electrón

Aproximación a fundamentos causales de la teoría del fotón que se convierte en electrón

Hasta donde sabemos el mecanismo de expulsión de los electrones de los metales nunca fue suficientemente explicado, más teniendo en cuenta que los fotones no tienen masa como para justificar el choque que libera o excite a los electrones.

Según nuestro entender el fotón no tiene masa. Si la tuviera no podría viajar en el vacío a velocidad c.-

En virtud de ello, hemos elaborado la teoría de que el fotón tiene forma de segmento y que al viajar a velocidad c en el vacío, de acuerdo a la transformación de Lorentz, asume la condición puntual con la que puede desplazarse sin masa y alcanzar la velocidad c.- Cuando colisiona con la superficie de un metal, dada la frecuencia de umbral adecuada, rebaja su velocidad, retoma la forma de segmento y por efecto del impacto rebota en ángulo opuesto a la dirección que traía.-

Efecto rebote del fotón incidente: en las descripciones de las observaciones del EF se menciona que el electrón eyectado por la luz UV incidente en un metal, en todos los casos, se proyecta en la dirección perpendicular a la emisión incidente (fotón) , es decir que si el fotón tiene un ángulo de 45° con respecto al plano del metal, el electrón se dispara en un ángulo de 45° con respecto al mismo plano pero en la dirección opuesta.- Tal como lo haría una pelota de goma que lanzáramos con un ángulo de 45° contra el piso. Si hacemos la prueba veremos que esta rebota y sale en la dirección opuesta al ángulo con que fue disparada.-

Dentro de esta consideración macroscópica no encontramos argumentos para considerar que el electrón excitado por el fotón incidente tome en todos los casos la dirección perpendicular mencionada (No lo sabemos con certeza, estamos haciendo referencia a trabajos sobre el tema).- Más bien, en un cálculo probabilístico pensaríamos que tendría que seguir cualquier ángulo y dirección dentro de los 180° del plano del metal y que para que coincida otro electrón en el mismo ángulo y dirección la posibilidad sería una entre ciento de miles.- A lo sumo, podría suponerse que cada materia, en función de su estructura y red atómica, direccionara la salida del electrón excitado de la misma forma, pero tratándose de elementos distintos que tienen distinta constitución atómica, que todos los electrones excitados tomen la misma dirección y el mismo ángulo nos parece imposible.-

Así que, desde una aproximación causal macroscópica nos inclinamos por el efecto rebote del fotón antes que del que el fotón incidente excite y arranque un electrón de las capas atómica superiores del metal.-

Condiciones de la capa atómica superior del metal: aquí también se hace mención en que para que el EF sea posible la capa superior del metal debe estar limpia a nivel atómico, tal cual se describe en los experimentos de Millikan.- Ahora bien, si tomamos la explicación de que el fotón incidente ingresa a las capas atómicas superiores del metal por efecto de la velocidad, frecuencia y energía que trae, no observamos la necesidad de una limpieza extrema, dado que si el fotón incidente tiene la energía y la velocidad como para penetrar las capas atómicas superiores del metal también la tiene para penetrar las impurezas que se acumulan en la superficie.-

Nuestra explicación causal macroscópica de porque el fotón incidente rebota en la superficie del metal y lo hace con distinto umbral de frecuencia con cada elemento es que cada metal presenta una estructura diferente en su superficie en razón de su composición atómica y de no existir una limpieza a nivel atómica extrema en cada caso, dada la proporción de volumen entre un fotón y un átomo, cualquier impureza podría impedir el rebote del fotón con la energía necesaria para convertirse en un electrón.-

Imaginemos por un momento un piso construido con adoquines de granito.- Que estos adoquines tienen todos una misma forma y medida y están perfectamente ensamblados.- En este caso, si arrojamos la pelota de goma contra este piso casi con seguridad rebotará respondiendo al ángulo y dirección opuesta a la que se impulsó.

¿Pero que se sucede si este piso construido de la manera descripta tiene sobre su superficie sedimentos de agua, barro, malezas y otras impurezas que impiden que la pelota de goma rebote o que no lo haga con toda la energía necesaria por amortiguación del impacto? Seguramente el efecto no será el mismo que el anterior citado.-

Siempre se menciona que la frecuencia del fotón incidente varía en relación a la materia de que se trata cuando el fotón actúa sobre ella.- Suponemos que ello se debe a que la estructura atómica de la capa superficial contra la cual rebota el fotón incidente varía morfológicamente entre un elemento y otro y esta es probablemente la razón de porque cada materia tiene un umbral de frecuencia distinto en el EF, dado que, volviendo al ejemplo de la pelota de goma, si la superficie contra la cual se choca el fotón difiere en el entramado, consistencia, rigidez, etc. también será distinta la energía y frecuencia que se requiere para que el impulso del disparo de la pelota para cada caso tenga en el rebote, un mismo resultado.

Tiempo de retardo entre el fotón incidente y el electrón expulsado: Esta anomalía fue señalada por distintos autores haciendo referencia a la teoría electromagnética según la cual debería existir un tiempo de retardo inversamente proporcional a la intensidad de la onda incidente hasta que Einstein dio un explicación, finalmente aceptada universalmente, de que la energía de la luz no estaba distribuida de manera continua, como en una onda luminosa, sino de manera discreta en cuantos localizados puntualmente.- Está demás decir que aceptamos totalmente la teoría de que la materia se manifiesta de manera discreta en cuantos de energía que hoy llamamos fotones.- Pero humildemente nos preguntamos, qué tiene que ver una cosa con la otra.- Ya sea como una onda continua o paquetes discretos de energía el retardo entre el fotón incidente y el electrón expulsado debería producirse de igual manera.- Por lo que nos inclinamos a pensar que el retardo no se produce en razón de que no existe un fotón incidente que excita un electrón para que este salga expulsado de la materia sino que se trata del mismo fotón que en función de su velocidad vectorial c en el vació o cercana c, al golpear contra la superficie del metal, disminuye esta velocidad, retoma su forma de segmento, y sale rebotado a menor velocidad tomando la forma de múltiples espiras girando sobre un eje imaginario como un trompo o spin, con lo cual genera energía cinética, se carga eléctricamente y adquiere masa, es decir se convierte en lo que denominamos un electrón.-

Por último volvemos a citar el libro e Einstein e Infeld: "Que sucederá si incide sobre la superficie del metal, una luz homogénea de color diferente, por ejemplo, de color rojo en lugar de violeta? Dejemos que la experiencia responda a este interrogante, para lo cual hay que medir la energía de los electrones extraídos por la luz roja y compararla con la energía de los electrones arrancados por la luz violeta.- Se encuentra así que la energía de los primeros es menor que la de los segundos. Esto significa que la energía de los cuantos de luz es distinta para distintos colores.- En particular resulta, que la energía de los fotones del color rojo es igual a la mitad de le energía de los fotones correspondientes al violeta.- O más rigurosamente: la energía de un cuanto luminoso, que pertenece a un color homogéneo, decrece proporcionalmente al aumento de la longitud de onda correspondiente"

Creemos que, por lo expresado por los autores, que aquí se cumple otro fundamento que aporta a la teoría de un fotón que se convierte en un electrón.-

La luz roja y la violeta tienen, como todos sabemos, frecuencias diferentes, por lo que si se cumpliera la teoría de que un fotón incidente arranca un electrón, los electrones expulsados deberían tener todos la misma energía ya que la misma no depende de la excitación incidente sino de la energía que resulta de liberación del electrón del átomo al que pertenecía.

Más razonable resulta considerar que a diferentes frecuencias de fotones incidentes cuando chocan con la superficie del metal, estos salen rebotados con diferentes frecuencias de onda que a su vez corresponden a energías distintas tal cual lo comprueba la experiencia. Y los autores confirman esto cuando a continuación del párrafo citado dicen: "Existe una diferencia esencial entre los cuantos de energía y los cuantos de electricidad. Los cuantos de luz difieren para cada longitud de onda mientras que los cuantos de electricidad son siempre los mismos"

No creemos que con lo dicho hayamos agotado los probables fundamentos que justifiquen la teoría que proponemos pero al menos esperamos que sirvan para sembrar los interrogantes suficientes para abordar la cuestión desde otra perspectiva.-

Teoría

La teoría denominada "efecto fotoeléctrico" sostiene que al dirigir un haz luminoso contra una lámina metálica se liberan electrones, (un fotón con la intensidad y la frecuencia adecuada arranca (emite, expulsa) un electrón de los átomos de la lámina metálica)

Basándonos en algunos aspectos de la teoría de la relatividad de Albert Einstein vamos a exponer una teoría alternativa que contempla la posibilidad de que el mismo fotón, partícula sin carga ni masa, al chocar contra una lámina metálica, no "arranca" un electrón, sino que es el mismo fotón el que se convierte en un electrón.-

Esta idea que traemos a consideración tiene que tener necesariamente su comprobación experimental, sin la cual, no pasará de ser un ejercicio de imaginación.

Como primera aproximación recordaremos un libro escrito por de Albert Einstein y Leopol Infeld,editado en 1938 "La Física Aventura del Pensamiento" que refería:

"De acuerdo a la mecánica clásica la longitud de una barra rígida es la misma esté en movimiento o en estado de reposo.- En la teoría de la relatividad esto no vale. En efecto, de acuerdo a la Transformación de Lorentz se deduce que una barra rígida se contrae, en la dirección de su movimiento, y esta contracción aumenta con la velocidad.- Cuando más rápidamente se mueve una barra, tanto más corta aparece. Pero eso sucede solo en la dirección del movimiento. Estos cambios se hacen más notables al aumentar la velocidad. De la transformación de Lorentz se deduce que la longitud de una barra se anularía si su velocidad alcanzara la de la luz."

Como concepto de lo expuesto extraemos que la velocidad vectorial de un cuanto de energía (fotón) es la que determina su condición, si es partícula, si es onda y aquí agregamos nosotros, si es segmento.-

Este cuanto de energía en condición de segmento original, al viajar a velocidad c. tiene la forma de puntual de partícula y al impactar contra una superficie metálica en condiciones adecuadas, reduce su velocidad, retoma la condición de segmento, se enrrolla en múltiples espiras y adopta la forma de un trompo girando sobre un eje imaginario. Al hacerlo su energía se transforma en cinética, convirtiéndose en una partícula con carga eléctrica, masa y campo gravitatorio; un electrón.

La comprobación experimental de que un fotón puede convertirse en un electrón no es menor.- De ser esto cierto las derivaciones son muchas, hasta llegar a suponer que el número de partículas elementales que conforman la materia y energía puede ser uno solo o, a lo sumo, que los ladrillos cuánticos originales sean muy pocos.

Comprobación experimental

La fórmula más famosa del mundo E=M.c2, consagrada por Albert Einstein nos dice que un cuerpo que cede energía E en forma de radiación, disminuye entonces su masa. M=E/c2. Esta ecuación arroja el siguiente resultado:

Una bombilla de 11 W pierde 0.00000000000000012 kg por cada segundo por efecto de la luz que emite.

Si cambiamos los valores:

De 11 W a 1100 W

De 1 S a 180 días

El resultado de la cesión de masa del cuerpo en forma de luz que emite es de

18.6624 mg.

Una cantidad de peso (ya sea por reducción a aumento) fácilmente verificable en un laboratorio con instrumental de precisión

De tal forma que si realizamos un experimento en condiciones adecuadas en un laboratorio durante 180 días podríamos comprobar por la positiva o por la negativa la teoría de que un fotón se puede convertir en un electrón.-

El experimento a llevar a cabo en el laboratorio es el siguiente:

ELEMENTOS:

Un microscopio de alta resolución

Una balanza de precisión para poder pesar magnitudes en miligramos

Un recipiente de vidrio de forma rectangular de aprox. 40 cm de lado, profundidad de 60 cm. Con una boca

Una fuente lumínica UV de luz coherente con potencia equivalente a 2000 W o más

Dos discos de oro de 12.5 cm de diámetro y un espesor de 3/5 micrones

Una fuente magnética potente

Equipo y bomba de vacío para generar un vacío de 10 -3

Dispositivos para la sujeción y desplazamiento de la fuente lumínica para lograr el ángulo correspondiente

Cerramientos de vacío

Mesas, muebles, dispositivos en general

Un lugar adecuado para realizar el experimento.-

Tiempo estimado; 2/4 meses en preparación y prueba; 180 días continuados de experimentación con funcionamiento de vacío, fuente de luz y fuente magnética; Total de tiempo aproximado para arribar a conclusiones finales, un año.

FORMA DE REALIZAR EL EXPERIMENTO

El recipiente de vidrio sobre una mesa de laboratorio. Su parte más larga (60 cm) acostado sobre la mesa.-

La fuente lumínica UV emplazada en la boca (con un cierre al vacío) de forma que pueda tomar distintas posiciones para obtener el ángulo preciso.

Los dos discos metálicos colocados en el interior del recipiente.- Disco A cercano a la boca donde pueda recibir toda la luz incidente en un ángulo a determinar.- Disco B más atrás y en una posición que permita recibir los electrones de la dispersión en forma perpendicular al plano del disco- Detrás del disco B se instala la fuente magnética.-

La luz UV coherente incidente debe abarcar todo el disco A en un ángulo adecuado.

Los fotones que tocan el disco A se proyectan como electrones en ángulo hacia la parte posterior del recipiente donde está el disco B.- La fuente magnética corrige la trayectoria de los electrones y los atrae hacia el disco B.

Después de 180 días continuados de este proceso se retiran los discos A y B los cuales fueron pesados con precisión antes de introducirlos.-

1) Para que se cumpla el presupuesto de que un fotón se convierta en un electrón el disco A debería haber mantenido su peso y el B haber aumentado el suyo en unos miligramos.

2) Si el disco A perdió peso se comprueba la teoría de que un fotón arranca un electrón tal cual lo predice la teoría del "efecto fotoeléctrico" sin importar si el disco B aumento de peso.-

3)Ahora bien, si el disco B aumento de peso de manera comprobable, independientemente de la opciones 1) y 2), tendríamos la demostración de que la radiación electromagnética se puede transformar en materia por un proceso de acumulación en el tiempo de fotones convertidos en electrones, según nuestra teoría, o de electrones arrancados por el choque de fotones, según la teoría del efecto fotoeléctrico.-

Cualquiera fuera la causa de este aumento de peso el resultado es por demás interesante y da pie para seguir esta línea de investigación.

Al proponer este experimento priorizamos el posible aumento o/disminución de peso comprobable como objeto central del mismo.- Por lo que dejamos expresamente fuera de consideración, a los efectos de este ensayo, las teorías o comprobaciones de laboratorio como el "efecto Compton", el cambio de frecuencia, disminución o aumento de energía entre el fotón incidente y el disperso, el modelo estándar, la descripción del átomo orbital de Bohr, el principio de incertidumbre de Heisenberg, la fuerza débil y la fuerte, teoría de las cuerdas, etc.-

En nuestra propuesta solo nos interesa determinar, por ahora, si el disco A mantiene su peso y si el disco B aumento el suyo.- Las teorizaciones resultantes solo pueden ser a partir de uno o dos de estos hechos comprobados.-

Ricardo H. Bianchi

bianchiricardo@hotmail.com

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When a photon turns into an electron

Summary

Based on some aspects of Albert Einstein"s Theory of Relativity, we postulate that a photon, which is a particle with neither charge nor mass, does not "pull out" an electron when it hits a metal sheet -as stated by the photoelectric effect theory- but itself turns into an electron.What is more, we have developed a test for the experimental verification of such a theory; otherwise, it will not be more than an imaginary exercise.

Theory

The theory called "photoelectric effect" considers that when a beam of light shines upon a metal sheet, electrons are released. Furthermore, with the appropriate intensity and frequency, a photon pulls out an electron from the metal sheet atoms. Based on some aspects of Albert Einstein"s Theory of Relativity, we describe here an alternative theory that considers the possibility that a photon, which is a particle with neither charge nor mass, does not "pull out" an electron when it hits a metal sheet, but itself turns into an electron.

As a first approach, we should recall a book by Albert Einstein andLeopoldInfeld,published in 1938, called "The evolution of physics",which reads:

"According to classical mechanics, the length of a rigid baris the samein motion or still. This is not valid in the theory of relativity. In fact, according to the Lorentz" transformation, it can be deduced that a rigid bar is contracted in the direction of its movement and that this contraction increases with speed. The faster a bar moves, the shorter it looks. But this only happens in the direction of the movement. These changes are more evident when speed increases. From the Lorentz transformation, it can be deduced that a bar length would be null if its speed reached that of light."[1]

From the aforementioned paragraph we extract the notion that the vectorial speed of a quantum of energy -a photon- determines its condition, i.e., whether it is a particle, a wave, or -we add- a segment.

When this quantum of energy in its originalsegment condition travels at the speed c., it takes the form of a particle. Furthermore, when it hits a metal surface under adequate conditions, it reduces its speed and is converted again into a segment; then, itwinds around itself forming multiple coils, looking like a spinning top rotating around an imaginary axis.When it does so, its energy turns kinetic, becoming a particle with electric charge, mass and gravitational field, i.e., an electron.

Experimental verification

The experimental verification of the fact that a photon can turn into an electron is not unimportant. If this holds true, there are many derivatives. Moreover, we can suppose that the number of elemental particles comprising matter and energy can be just one or, at most, that the original quantum bricks are very few.

The most famous equation in the world, E=M.c2, derived by Albert Einstein, tells us that when a body emits energy E in the form of radiation, its mass decreases. M=E/c2. This equation yields the following result:a 11 W light bulbloses 0,00000000000000012 kg per second as a result of the light it emits.

If we increase the values significantly (for example, 1100 W instead of 11 W and180 days instead of 1 second), then the result of the bodymass transfer in the form of emitted light (18,6624 mg) can be easily weighted and verified with precision instruments in a laboratory.

Therefore, if we conduct an experiment in a laboratory under the adequate conditions during 180 days, we can positively or negatively verify the theory that a photon turns into an electron.The experiment could be conducted in a laboratory using the following elements:

• A high-resolution microscope;

• Precision scales to weigh milligram magnitudes;

• A rectangular glass container, approximately 40 cm-long and 60 cm-deep, with two openings;

• A light source consistent with a power equivalent to 2000 W or higher;

• Two gold discs with a 12.5 cm diameterand 3/5 micron thickness;

• A strong magnetic source;

• Vacuum equipment and pump to create a vacuum of 10 -3;

• Devices to secure and move the light source in order to reach the adequate angle;

• Vacuum sealers;

• Tables, pieces of furniture, devices in general; and

• A suitable place for conducting the experiment.

The estimated time to conduct the experiment is from two to four months for preparation and testing and180-day experimentation with vacuum operation, light source and magnetic source.

How to conduct the experiment

• Place the glass container on a lab table. Its longest side (60 cm long) must rest on it.

• Place the light source on the opening (with a vacuum sealer) so that it can adjusted in different positions to reach the correct angle.

• Place the two metal discs inside the container. Disc A must be close to the opening so that it can receive the entire incident light at an angle to be determined. Disc B must be placed further back, in a position where it can receive the electrons of the dispersion perpendicular to the disc plane.

• Place the magnetic source behind disc B.

• The consistent incident light must cover the entire disc A at an appropriate angle.

The photons hitting disc A are projected as electrons at an angle towards the back part of the container, where disc B is located. The magnetic source corrects the electron trajectory and attracts the electrons towards disc B.

After following this procedure for 180 days, both discs should be removed and weighed with precision scales.For the assumption that a photon turns into an electron to hold true, disc A should maintain its weight and disc B should weigh some milligrams more. On the other hand, if disc A has lost weight, the theory that a photon pulls out an electron is verified, as the "photoelectric effect" predicts, regardless of whether disc B has gained weight.However, if disc B gained weight demonstrably, we would prove that electromagnetic radiation can be transformed into matter by a process of accumulation over time of photons converted into electrons -according to our theory-or of electrons that were pulled-out by the collision of photons -as stated by the theory of the photoelectric effect. Whatever the cause of the aforementioned gain of weight, the result is itself quite interesting to further this line of research.

By proposing this experiment, we are prioritizing the verifiable possible weight gain or loss as its central object.Therefore, we expressly left out of this study the "Compton effect", the change in frequency, the decrease or increase of energy between the incident photon and the dispersed one.

In the case of our proposal, we are only interested so far in determining whether disc A maintains its weight and whether disc B gains weight.

Autor:

Ricardo H. Bianchi

June 2015

[1] Einstein, Albert, and Leopold Infeld. The evolution of physics: the growth of ideas from early concepts to relativity and quanta. CUP Archive, 1961.