КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

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, соответствующими
различной энергии квантовой системы, - К. п. системы с одного уровня
энергии на другой. При переходе с более высокого уровня энергии Eна
более низкий Eсистема отдаёт энергию E
- E, при обратном переходе - получает её (рис.). К.
п.

Часть уровней квантовой системы: Eосновной уровень
(уровень с наименьшей возможной энергией), E_2, E-
возбуждённые уровни. Стрелками показаны квантовые переходы с поглощением
(направление вверх) и с отдачей энергии (направление вниз). могут
быть излучательными и безызлу-чательными. При излучательных К. п. система
испускает (переход E->EE->Eквант электромагнитного излучения - фотон - энергии hv (v
- частота излучения, h - Планка постоянная), удовлетворяющей фундаментальному
со-отношению E = hv (1) (к-рое
представляет собой закон сохранения энергии при таком переходе). В зависимости
от разности энергий состояний системы, между к-рыми происходит К. п., испускаются
или поглощаются фотоны радиоизлучения, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового,
рентгеновского излучения,-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. Напр., 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 О
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, ядре атомном см. в этих ст.).

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 (I)] частоты
(поглощение и вынужденное испускание фотона). Поскольку спонтанное испускание
возможно, квантовая система находится на возбуждённом уровне энергии Eнекоторое
конечное время, а затем скачкообразно переходит на к.-н. более низкий уровень.
Средняя продолжительностьсистемы на возбуждённом уровне E наз. временем жизни
на уровне. Чем меньшетем больше вероятность перехода системы в состояние с низшей энергией.
Величина A/определяющая среднее число фотонов, испускаемых одной частицей (атомом,
молекулой) в 1 сек (выражается в сек), наз. вероятностью спонтанного испускания с уровня
E
. Для простейшего случая спонтанного перехода с первого возбуждённого уровня
E_2
на осн. уровень E величина
Аl/определяет вероятность этого перехода; её можно обозначить AС
более высоких возбуждённых уровней возможны К. п. на различные нижние уровни
(рис.). Полное число А/фотонов, испускаемых в среднем
одной частицей с энергией за
1 сек,
равно сумме чисел Aфотонов, испускаемых
при отдельных переходах:

т. е. полная вероятность Aспонтанного испускания
с уровня Eравна сумме вероятностей Aотдельных
спонтанных переходов E -> Eвеличина
Aназ.
коэффициентом Эйнштей-н а для спонтанного испускания при таком переходе.
Для атома водорода A