Квантовые переходы это:

Квантовые переходы
        скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, твёрдого тела) из одного состояния в другое. Наиболее важными являются К. п. между стационарными состояниями (См. Стационарное состояние), соответствующими различной энергии квантовой системы, — К. п. системы с одного уровня энергии (См. Уровни энергии) на другой. При переходе с более высокого уровня энергии Ek на более низкий Ei система отдаёт энергию Ek — Ei, при обратном переходе — получает её (рис.). К. п. могут быть излучательными и безызлучательными. При излучательных К. п. система испускает (переход Ek → Ei) или поглощает (переход Ei → Ek) квант электромагнитного излучения — Фотон энергии hν (ν — частота излучения, hПланка постоянная), удовлетворяющей фундаментальному соотношению
         Ek - Ei = hν, (1)
        (которое представляет собой закон сохранения энергии при таком переходе). В зависимости от разности энергий состояний системы, между которыми происходит К. п., испускаются или поглощаются фотоны радиоизлучения, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского излучения, γ-излучения. Совокупность излучательных К. п. с нижних уровней энергии на верхние образует спектр поглощения данной квантовой системы, совокупность обратных переходов — её спектр испускания (см. Спектры оптические).
         При безызлучательных К. п. система получает или отдаёт энергию при взаимодействии с др. системами. Например, атомы или молекулы газа при столкновениях друг с другом или с электронами могут получать энергию (возбуждаться) или терять её.
         Важнейшей характеристикой любого К. п. является вероятность перехода, определяющая, как часто происходит данный К. п. Вероятность перехода измеряют числом переходов данного типа в рассматриваемой квантовой системе за единицу времени (1 сек); поэтому она может принимать любые значения от 0 до ∞ (в отличие от вероятности единичного события, которая не может превышать 1). Вероятности переходов рассчитываются методами квантовой механики.
         Ниже будут рассмотрены К. п. в атомах и молекулах (о К. п. в твёрдом теле (См. Твёрдое тело), ядре атомном (См. Ядро атомное) см. в этих статьях).
         Излучательные квантовые переходы могут быть спонтанными («самопроизвольными»), не зависящими от внешних воздействий на квантовую систему (спонтанное испускание фотона), и вынужденными, индуцированными — под действием внешнего электромагнитного излучения резонансной [удовлетворяющей соотношению (1)] частоты ν (поглощение и вынужденное испускание фотона). Поскольку спонтанное испускание возможно, квантовая система находится на возбуждённом уровне энергии Ek некоторое конечное время, а затем скачкообразно переходит на какой-нибудь более низкий уровень. Средняя продолжительность τk пребывания системы на возбуждённом уровне Ek называется временем жизни на уровне. Чем меньше τk, тем больше вероятность перехода системы в состояние с низшей энергией. Величина Ak = 1/τk, определяющая среднее число фотонов, испускаемых одной частицей (атомом, молекулой) в 1 сек (τk выражается в сек), называется вероятностью спонтанного испускания с уровня Ek. Для простейшего случая спонтанного перехода с первого возбуждённого уровня E2 на основной уровень E1 величина A2 = 1/τ2 определяет вероятность этого перехода; её можно обозначить A21. С более высоких возбуждённых уровней возможны К. п. на различные нижние уровни (рис.). Полное число Ak фотонов, испускаемых в среднем одной частицей с энергией Ek за 1 сек, равно сумме чисел Aki фотонов, испускаемых при отдельных переходах:
        
        т. е. полная вероятность Ak спонтанного испускания с уровня Ek равна сумме вероятностей Aki отдельных спонтанных переходов Ek Ei, величина Aki называется коэффициентом Эйнштейна для спонтанного испускания при таком переходе. Для атома водорода Aki Квантовые переходы (107— 108) сек–1.
         Для вынужденных К. п. число переходов пропорционально плотности ρν излучения частоты ν = (Ek - Ei)/h, т. е. энергии фотонов частоты ν, находящихся в 1 см3. Вероятности поглощения и вынужденного испускания характеризуются соответственно коэффициентами Эйнштейна Bik и Bki, равными числам фотонов, поглощаемых и соответственно вынужденно испускаемых в среднем одной частицей за 1 сек при плотности излучения, равной единице. Произведения Bikρν и Bkiρν определяют вероятности вынужденного поглощения и испускания под действием внешнего электромагнитного излучения плотности ρν и, так же как Aki, выражаются в сек–1.
         Коэффициенты Aki, Bik и Bki связаны между собой соотношениями (впервые полученными А. Эйнштейном и строго обоснованными в квантовой электродинамике (См. Квантовая электродинамика)):
         gkBki = giBik, (3)
        
        где gi (gk) кратность вырождения уровня Ei (Ek), т. е. число различных состояний системы, имеющих одну и ту же энергию Ei (соответственно Ek), с — скорость света. Для переходов между невырожденными уровнями (gi = gk = 1) Bki = Bik, т. е. вероятности вынужденных К. п. — прямого и обратного — одинаковы. Если один из коэффициентов Эйнштейна известен, то по соотношениям (3) и (4) можно определить остальные.
         Вероятности излучательных переходов различны для разных К. п. и зависят от свойств уровней энергии Ei и Ek, между которыми происходит переход. Вероятности К. п. тем больше, чем сильнее изменяются при переходе электрические и магнитные свойства квантовой системы, характеризуемые её электрическими и магнитными моментами. Возможность излучательных К. п. между уровнями Ei и Ek с заданными характеристиками определяется Отбора правилами. (Подробнее см. Излучение электромагнитное.)
         Безызлучательные квантовые переходы также характеризуются вероятностями соответствующих переходов Cki и Cik,средними числами процессов отдачи и получения энергии Ek — Ei в 1 сек, рассчитанными на одну частицу с энергией Ek (для процесса отдачи энергии) или энергией Ei (для процесса получения энергии). Если возможны как излучательные, так и безызлучательные К. п., то полная вероятность перехода равна сумме вероятностей переходов обоих типов. Учёт безызлучательных К. п. играет существенную роль, когда его вероятность того же порядка или больше соответствующего К. п. с излучением. Например, если с первого возбуждённого уровня E2 возможен спонтанный излучательный переход на основной уровень E1 с вероятностью A21 и безызлучательный переход на тот же уровень с вероятностью C21, то полная вероятность перехода равна A21 + C21, а время жизни на уровне равно τ'2 = 1/(A21 + C21) вместо τ2 = 1/ A2 при отсутствии безызлучательного перехода. Т. о., за счёт безызлучательных К. п. время жизни на уровне уменьшается. При A21 >> C21 время τ'2 очень мало по сравнению с τ'2, и подавляющее большинство частиц будет терять энергию возбуждения E2 - E1 при безызлучательных процессах — будет происходить тушение спонтанного испускания.
         Лит. см. при ст. Атом, Молекула, Спектры оптические.
         М. А. Ельяшевич.
        
        Часть уровней квантовой системы: Е1 — основной уровень (уровень с наименьшей возможной энергией), Е2, Е3, Е4 — возбуждённые уровни. Стрелками показаны квантовые переходы с поглощением (направление вверх) и с отдачей энергии (направление вниз).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Смотреть что такое "Квантовые переходы" в других словарях:

  • КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ — КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, кристалла) из одного возможного состояния в другое. Квантовые переходы могут быть излучательными и безызлучательными. Излучательные квантовые переходы… …   Современная энциклопедия

  • КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ — скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, кристалла) из одного возможного состояния в другое …   Большой Энциклопедический словарь

  • квантовые переходы — скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, кристалла) из одного возможного состояния в другое. * * * КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра …   Энциклопедический словарь

  • КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ — скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, кристалла) из одного возможного состояния в другое …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Квантовые переходы — (в атомах, молекулах) скачкообразные переходы квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, кристалла) из одного возможного состояния в другое. Правила квантовых переходов впервые были установлены датским физиком Нильсом Бором в 1914 году.… …   Начала современного естествознания

  • ИНТЕРКОМБИНАЦИОННЫЕ КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ — в атомных системах квантовые переходы между состояниями системы, сопровождающиеся изменением её полного спина S(DS№0). К И. к. п. относятся также переходы между уровнями энергии с разной мультиплетностъю. Различают радиац. И. к. п.,… …   Физическая энциклопедия

  • КВАНТОВЫЕ СТАНДАРТЫ ЧАСТОТЫ — устройства для точного измерения частоты колебаний или для генерирования колебаний с весьма стабильной частотой, в к рых используются квант. переходы (атомов, молекул, ионов) из одного энергетич. состояния в другое. Рис. 1. Схема атомно лучевой… …   Физическая энциклопедия

  • Квантовые стандарты частоты —         устройства, в которых для точного измерения частоты колебаний или для генерирования колебаний с весьма стабильной частотой используются Квантовые переходы частиц (атомов, молекул, ионов) из одного энергетическое состояния в другое. К. с.… …   Большая советская энциклопедия

  • КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХOДЫ — скачкообразные изменения квантового состояния микрообъектов. Излучат. К. п. характеризуются изменением энергии системы в результате поглощения либо испускания квантов электромагн. излучения. Безызлучат. К. п. связаны с перераспределением энергии… …   Химическая энциклопедия

  • Квантовые часы —         устройство для точного измерения времени, основной частью которого является квантовый стандарт частоты (См. Квантовые стандарты частоты). Роль «маятника» в К. ч. играют атомы. Частота, излучаемая или поглощаемая атомами при их квантовых… …   Большая советская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «Квантовые переходы» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»