Квантовый скачок

Квантовый скачок — это резкий переход квантовой системы ( атома , молекулы , атомного ядра ) из одного квантового состояния в другое, с одного энергетического уровня на другой. При поглощении системой энергии происходит переход на более высокий энергетический уровень ( возбуждение ); когда система теряет энергию, происходит переход на более низкий энергетический уровень.

Эта концепция была введена Нильсом Бором в его модели Бора 1913 года .

Квантовый скачок — явление, свойственное квантовым системам и отличающее их от классических систем, где любые переходы осуществляются постепенно. В квантовой механике такие скачки связаны с неунитарной эволюцией квантовомеханической системы в процессе измерения.

Квантовый скачок может сопровождаться испусканием или поглощением фотонов ; Перенос энергии во время квантового скачка может происходить также путем безызлучательной резонансной передачи энергии или при столкновениях с другими частицами.

В современной физике понятие квантового скачка используется редко; как правило, ученые говорят о переходах между квантовыми состояниями или энергетическими уровнями.

Атомный электронный переход

Атомные электронные переходы вызывают испускание или поглощение фотонов . Их статистика является пуассоновой , а время между скачками распределено экспоненциально . ^{[ 1 ]} Постоянная времени затухания (которая колеблется от наносекунд до нескольких секунд) связана с естественным расширением спектральных линий , давлением и полем . Чем больше энергетическое разделение состояний, между которыми перепрыгивает электрон, тем короче длина волны излучаемого фотона.

В ионной ловушке квантовые скачки можно наблюдать напрямую, воздействуя на захваченный ион излучением на двух разных частотах, вызывающим электронные переходы. ^{[ 2 ]} Для этого требуется возбуждение одного сильного и одного слабого перехода (обозначаемого $\omega$ ₁₂ и $\omega$ ₁₃ соответственно на рисунке справа). Уровень энергии электрона, $|2\rangle$ , имеет короткий срок службы, $\Gamma$ _2, что позволяет постоянно излучать фотоны с частотой $\omega$ ₁₂ , который может быть собран камерой и/или фотоумножителем . Состояние $|3\rangle$ имеет относительно длительный срок службы $\Gamma$ ₃ , который вызывает прерывание эмиссии фотонов, когда электрон оказывается в отложенном состоянии за счет применения света с частотой $\omega$ _13. Потемнение иона — это прямое наблюдение квантовых скачков.

Молекулярный электронный переход

Ссылки

^ Делеглиз, С. «Наблюдение квантовых скачков света» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2010 г. Проверено 17 сентября 2010 г.
^ Фут, CJ (2005). Атомная физика . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-152314-4 . OCLC 181750270 .

Источники

Существуют ли квантовые скачки?
« Нет ни квантовых скачков, ни частиц! »Х.Д. Зех, Physics Letters A172 , 189 (1993).
Глейк, Джеймс Глейк (21 октября 1986 г.). «Физики наконец-то увидели квантовый скачок» . Нью-Йорк Таймс . Нью-Йорк . Проверено 23 августа 2013 г.
Квантовый скачок в модели атома Бора Ранняя квантовая физика
Квантовый скачок: сомнительная карьера технического термина (ZEIT 1996).
М.Б. Пленио и П.Л. Найт. Подход квантового скачка к диссипативной динамике в квантовой оптике , см. также Rev. Mod. 70 101-144 (1998). (Описание динамики открытых систем с помощью квантовых скачков)
Исторические сведения о квантовом скачке Зоммерфельда и Эйнштейна 1911 г.

[1] Делеглиз, С. «Наблюдение квантовых скачков света» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2010 г. Проверено 17 сентября 2010 г.

[2] Фут, CJ (2005). Атомная физика . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-152314-4 . OCLC 181750270 .

[ 1 ]

[ 2 ]