Квантовые переходы в

Квантовые переходы в атоме.
При квантовых переходах А. переходит из одного стационарного состояния
в другое - с одного уровня энергии на другой. При переходе с более высокого
уровня энергии Ei на более низкий Епри обратном переходе получает её. Как для любой квантовой системы, для
А. квантовые переходы могут быть двух типов: с излучением (о п т и ч е
с к и е п е р е х о д ы) и без излучения
(б е з ы з л у ч а т е л ь н ы е или н е о п т и ч е с к и е переходы).
Важнейшая характеристика квантового перехода - вероятность перехода, определяющая,
как часто этот переход будет происходить.

К в а н т о в ы е
п е р е х о д ы с излучением. При этих переходах А. поглощает (переход
En-Ei) или испускает (переход Ei -> Eh) электромагнитное излучение, напр,
видимый свет, ультрафиолетовые лучи, инфракрасные лучи, СВЧ (микроволновое)
излучение. Электромагнитная энергия поглощается и испускается А. в виде
кванта света -

фотона, характеризуемого
определённой частотой колебаний v, согласно соотношению:

(8)

где h - постоянная Планка;
hv - энергия фотона. Закон (8) представляет собой закон сохранения энергии
для микроско-пич. процессов, связанных с излучением.

А. в основном состоянии может
только поглощать фотоны, а А. в возбуждённых состояниях может как поглощать,
так и испускать их. Свободный А. в основном состоянии может существовать
неограниченно долго; продолжительность пребывания А. в возбуждённом состоянии
- время жизни на возбуждённом уровне энергии - ограничена, А. спонтанно,
т. е. самопроизвольно, частично или полностью теряет энергию возбуждения,
испуская фотон и переходя на более низкий уровень энергии (наряду с таким
спонтанным испусканием возможно и вынужденное испускание, происходящее,
подобно поглощению, под действием фотонов той же частоты; см. Квантовые
переходы). Время жизни возбуждённого А. тем меньше, чем больше вероятность
спонтанного перехода. Для возбуждённых А. водорода это время порядка 10^-8
сек.

Совокупность частот возможных
переходов с излучением определяет оптич. с п е к т р соответствующего А.:
совокупность частот переходов с нижних уровней на верхние - его спектр
поглощения, совокупность частот переходов с верхних уровней на нижние -
его с п е к т р и с п у с к а
н и я. Каждому такому переходу соответствует определённая с п е к т р а
л ь н а я л ин и я. Для А. водорода, согласно формулам (4) и (8), получаем
совокупность спектральных линий с частотами

о)

При n=2, 3, 4, 5, ... получается спектральная серия Лаймана (линии
...), при nл ь м е р а (линии Нnэлементов в соответствии с более сложной схемой уровней энергии получается
и более сложный спектр (см. Атомные спектры). К в а н т о в ы е
п е р е х о д ы
б е з и з л у ч е н и я. При этих переходах А. получает или отдаёт энергию
при взаимодействии с другими частицами, с к-рыми он сталкивается в газе
или длительно связан в молекуле, жидкости или твёрдом теле. В газе А. можно
считать свободным в промежутках времени между столкновениями; во время
столкновения (удара) А. может, благодаря кратковременному взаимодействию,
перейти на другой уровень энергии. Такое столкновение наз. неупругим (в
противоположность упругому столкновению, при к-ром изменяется только кинетич.
энергия поступательного движения А., а его внутренняя энергия остаётся
неизменной). Важный частный случай - столкновение свободного А. с электроном;
обычно электрон движется быстро по сравнению с А., время столкновения очень
мало и можно говорить об э л е ктронном ударе. Возбуждение А. электронным
ударом является одним из методов определения уровней энергии А. Вероятности
неупругих столк-

новений и, в частности, возбуждения
А. электронным ударом могут быть рассчитаны методами квантовой механики
(см. Столкновения атомные).