Emisia spontană

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 17 martie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Emisia spontană , sau emisia spontană , este procesul de emisie spontană a radiației electromagnetice de către sistemele cuantice ( atomi , molecule ) în timpul tranziției lor de la o stare excitată la una stabilă.

Definiția fenomenologică a lui Albert Einstein

Frecvența radiațiilor electromagnetice spontane este determinată de diferența dintre energiile nivelurilor i - lea și k - lea ale sistemului: $\nu _{ik}$

E_{i}-E_{k}=h\nu _{ik}.

Dacă populația nivelului de energie este , atunci puterea de emisie spontană este: $E_{i}$ $N_{i}$

I=N_{i}\cdot A_{ik}\cdot h\nu _{ik},

unde este probabilitatea de trecere de la nivelul i -lea la nivelul k -al . $A_{{ik}}$

Probabilitatea totală de emisie spontană:

A_{i}=\sum _{k}A_{ik}.

Puterea oscilatorului :

f_{ik}={\frac {A_{ik}}{A_{i}}}

Este constantă rata de relaxare spontană?

Introdusă fenomenologic de Einstein, rata de relaxare spontană a fost mult timp considerată o proprietate intrinsecă intrinsecă a atomilor (moleculelor). În echilibru termodinamic cu mediul, una dintre cele mai importante caracteristici ale acestei proprietăți este ireversibilitatea acesteia. Această caracteristică se datorează interacțiunii unui atom (molecule) cu un număr infinit de moduri de stare de vid . O modificare a numărului de moduri duce la o schimbare a ratei de relaxare spontană. Pentru a realiza acest lucru, puteți pune un atom într-un rezonator [1] .

Luați în considerare un atom cu un electron, care are două niveluri de energie și , separate prin . Amplitudinea pătratică medie a câmpului electric de vid este , unde este susceptibilitatea mediului, este volumul spațiului în care se propagă radiația. Energia care este emisă într-un mod este , aici este elementul de matrice al dipolului electric. Această frecvență se numește frecvența Rabi în vid. $e$ $f$ $E_{e}-E_{f}=\hbar \omega$ $E_{vac)$ $[\hbar \omega /{2}\varepsilon _{0}V]^{1/2}$ $\varepsilon _{0}$ $V$ $\Omega _{ef}=D_{ef}E_{vac}/\hbar$ $D_{ef}$

Probabilitatea de a emite un foton, cunoscut sub numele de coeficientul Einstein, este egală cu $\Gamma _{0)$ $A$

$\Gamma =2\pi \Omega _{ef}^{2}{\frac {\rho _{0}(\omega )}{3))={\frac {\omega ^{3)} {3\pi \hbar c^{3}}}{\frac {|D_{ef}|^{2}}{\epsilon _{0}}}$ aici este numărul de moduri dintr-un interval de frecvență unitar (densitatea modului). $\rho (\omega )$

Probabilitatea de a găsi un atom într-o stare excitată în momentul de timp după excitarea lui la nivel este egală cu . $\tau$ $e$ $P(\tau )=exp(-\Gamma _{0}\tau )$

Cauza emisiei spontane

Procesul de emisie spontană nu poate fi explicat din punctul de vedere al versiunii originale a mecanicii cuantice, unde a avut loc cuantificarea nivelurilor de energie ale atomului, dar nu a existat o cuantificare a câmpului electromagnetic. Stările excitate ale atomilor sunt soluții exacte staționare ale ecuației Schrödinger . Astfel, atomii trebuie să rămână la infinit în starea excitată. Motivul emisiei spontane este interacțiunea unui atom cu oscilații zero ale câmpului electromagnetic în vid. Stările atomului încetează să mai fie staționare ca urmare a impactului componentei de vibrație în punctul zero cu o frecvență egală cu frecvența cuantumului emis [2] .

Vezi și

Emisie stimulata

Note

↑ Serge, KLleppner, 1989 .
↑ A. B. Migdal , V. P. Krainov. Capitolul 1. Estimări dimensionale și model. 4. Estimări în electrodinamică cuantică. Oscilații zero ale câmpului electromagnetic // Metode aproximative de mecanică cuantică. - Moscova: Nauka, 1966. - S. 47-50.

Literatură

Emisie spontană - articol Enciclopedia fizicii
Serge Haroche și Daniel KLleppner. Electrodinamica cuantică a cavităţii. - Physics Today, 1989. - S. 24.