Квантовый скачок

Модель резких переходов квантовых систем 1913 года

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

Это понятие было введено Нильсом Бором в его модели Бора 1913 года .

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

Квантовый скачок может сопровождаться испусканием или поглощением фотонов ; передача энергии во время квантового скачка может также происходить путем безызлучательного резонансного переноса энергии или при столкновениях с другими частицами.

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

Атомный электронный переход

{\displaystyle \омега} — Диаграмма Гротриана квантовой 3-уровневой системы с характерными частотами переходов ₁₂ и ₁₃ и временами жизни возбужденного состояния ₂ и ₃ $\омега$ $\омега$ $\Гамма$ $\Гамма$

Переходы атомных электронов вызывают испускание или поглощение фотонов . Их статистика является пуассоновской , а время между скачками распределено экспоненциально . ^[1] Постоянная времени затухания (которая варьируется от наносекунд до нескольких секунд) относится к естественному, давлению и полевым уширениям спектральных линий . Чем больше энергетическое разделение состояний, между которыми совершает скачок электрон, тем короче длина волны испускаемого фотона.

В ионной ловушке квантовые скачки можно наблюдать напрямую, направляя на захваченный ион излучение на двух разных частотах для управления электронными переходами. ^[2] Для этого требуется возбудить один сильный и один слабый переход (обозначенные ₁₂ и ₁₃ соответственно на рисунке справа). Уровень энергии электрона имеет короткое время жизни, ₂ что позволяет постоянно испускать фотоны с частотой ₁₂ , которые могут быть собраны камерой и/или фотоумножительной трубкой . Состояние имеет относительно длительное время жизни ₃ что вызывает прерывание испускания фотонов, поскольку электрон удерживается в состоянии посредством применения света с частотой _13. Ион, становящийся темным, является прямым наблюдением квантовых скачков. $\омега$ $\омега$ $|2\rangle$ $\Гамма$ $\омега$ $|3\rangle$ $\Гамма$ $\омега$

Молекулярный электронный переход

Ссылки

^ Deléglise, S. "Observing the quantum jumps of light" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2010 г. . Получено 17 сентября 2010 г. .
^ Фут, К. Дж. (2005). Атомная физика. Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-152314-4. OCLC 181750270.

Источники

Существуют ли квантовые скачки?
«Нет никаких квантовых скачков, и нет никаких частиц!» HD Zeh, Physics Letters A172 , 189 (1993).
Глейк, Джеймс Глейк (21 октября 1986 г.). «Физики наконец-то увидели квантовый скачок». New York Times . Нью-Йорк . Получено 23 августа 2013 г.
Der Quantensprung im Bohrschen Atommodell Frühe Quanten Physik
Der Quantensprung Die zweifelhafte Karriere eines Fachausdrucks (ZEIT 1996)
М.Б. Пленио и П.Л. Найт. Подход квантового скачка к диссипативной динамике в квантовой оптике, вгл. а также преподобный Мод. Физ. 70 101–144 (1998). (Beschreibung der Dynamik offener Systeme mittels Quantensprüngen)
Historisches zum Quantensprung, Зоммерфельда и Эйнштейна, 1911 г.

[1] Deléglise, S. "Observing the quantum jumps of light" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2010 г. . Получено 17 сентября 2010 г. .

[2] Фут, К. Дж. (2005). Атомная физика. Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-152314-4. OCLC 181750270.