Lățimea de linie naturală

Lățimea naturală a liniei spectrale  este lățimea liniei spectrale de radiație dintr -un sistem mecanic cuantic izolat .

Sistemele cuantice sunt descrise prin funcțiile lor de undă , ale căror module de amplitudini complexe scad destul de repede odată cu creșterea distanței față de sistem, cu toate acestea, din punct de vedere formal, nu dispar niciodată. Astfel, un sistem izolat ale cărui funcții de undă nu se suprapun cu funcțiile de undă ale altor sisteme este, în general, un concept abstract.

Nivelurile de energie ale stărilor unui astfel de sistem sunt cuantificate (discrete), cu toate acestea, din principiul incertitudinii rezultă că liniile spectrale chiar și ale unui sistem izolat au o lățime finită, dar mică, adică sunt cvasi-discrete. Acest fenomen se explică prin interacțiunea sistemului cu oscilațiile zero ale câmpurilor de vid (de exemplu, câmpul electromagnetic ).

Orice sistem mecanic cuantic excitat (adică nu la cel mai scăzut nivel de energie ) nu poate fi în această stare pentru un timp arbitrar lung. După un timp aleatoriu, în medie egal cu durata de viață a stării, chiar și în absența interacțiunii cu alte sisteme, are loc o emisie spontană (de exemplu, un foton , dar radiația altor particule cu o masă de repaus diferită de zero , de exemplu , un electron, este de asemenea posibil). Emisia spontană se datorează interacțiunii cu oscilațiile în punctul zero ale câmpurilor cuantice în vidul fizic . Mecanica cuantică arată că energia unui oscilator armonic este diferită de zero chiar și în starea de bază, neexcitată. Consecința acestei afirmații este [1] că vidul este umplut cu mici, așa-numitele oscilații de punct zero ale diferitelor câmpuri , inclusiv electromagnetice. Interacțiunea cu aceste câmpuri duce în cele din urmă la o tranziție spontană a sistemului la sol sau la mai multe stări de energie subiacente și la emisia simultană a unui câmp sau cuantum de particule.

Din principiul incertitudinii rezultă că lățimea naturală a liniei este determinată de durata de viață a stării excitate, adică de intensitatea interacțiunii acesteia cu câmpul. O astfel de interacțiune, de regulă, este extrem de mică - de exemplu, pentru tranzițiile electromagnetice permise în atomi și ioni, se caracterizează printr -o constantă de structură fină în gradul al treilea.

Astfel, lățimea naturală a liniei spectrale este o consecință a principiului incertitudinii. Într-un caz particular, dar practic important al spectroscopiei optice , lățimea naturală a liniei este de obicei de ordinul unei zecimi din lățimea limitei teoretice de rezoluție a spectroscoapelor , datorită efectului Doppler datorat mișcării aleatorii a atomilor emitenți într-un gaz.

Lățimea de descompunere naturală este de mare importanță în fizica energiei înalte , unde statisticile acumulate ale măsurătorilor energiei produselor de descompunere pot fi utilizate pentru a calcula durata de viață a particulelor produse în acceleratoare [2] .

Lățimea naturală a liniei spectrale depinde de lățimile de dezintegrare ale stărilor inițiale și finale ale sistemului între care are loc tranziția. În cazul dezintegrarii la o stare stabilă (adică un nivel cu lățimea de dezintegrare zero), lățimea de linie naturală coincide cu lățimea de dezintegrare a stării inițiale. În cazul în care lățimile ambelor niveluri sunt finite, pătratul lățimii naturale a liniei este egal cu suma pătratelor lățimilor stărilor inițiale și finale.

Link -uri

Enciclopedia de fizică și tehnologie

Literatură

Note

  1. ↑ Tsipenyuk Yu. M. Zero energy and zero oscillations: how they are experimentally detected  // UFN . - 2012. - T. 182 . - S. 855-867 . - doi : 10.3367/UFNr.0182.201208e.0855 .
  2. ↑ Rod Nave Quantum Physics Arhivat 12 noiembrie 2020 la Wayback Machine , HyperPhysics Project, Georgia State University.