Атом Водорода. Спонтанные переходы.

lerroy

Рассмотрим атом водорода, уровень $2S_{1/2}$. Разрешенный дипольный переход $2S_{1/2}\rightarrow2P_{1/2}$ (с учетом того, что снято вырождение Лембовским сдвигом). Однако, как утверждается, более вероятны многофотонные (точне двух) переходы $2S_{1/2}\rightarrow1S_{1/2}$, через виртуальный уровень. Вопрос. Может кто-нибудь доступно обяснить что такое виртуальный уровень, и почему он образуется (открывая возможность двухфотонного перхода)? //я понимаю что такое явление имеет место быть, но меня смущает, что с помощью виртуальных уровней можно "нарушать" постулат Бора.

KaterinKa

Да, действительно, например, в водородоподобном ионе криптона 2E1 переход идет в два раза быстрее M1 перехода.
Расписывая уравнения эволюции состояния системы атом + электромагнитное поле, во втором порядке по взаимодействию получим кучу потенциальных переходов через виртуальные уровни. Виртуальным уровнем тут может быть что угодно, подходящее по правилам отбора.
Судя по тому, что водородоподобные состояния + состояния в континууме связанного электрона исчерпывают все возможные состояния, нужно искать виртуальный уровень среди них.
В распаде 2E1 со схемой 2s->X->1s уровень X должен иметь орбитальный момент 1. Что касается главного квантового числа, то в случае n=2 связь каналов наиболее сильная. То есть, получаем схему перехода 2s->2p->1s.
Можно, в принципе, проверить, посчитать скорости переходов и убедиться, так ли это.

lerroy

То что вероятность перехода через виртуальный уровень сомнений нет (путем оценок можно получить значения \dot{W}_{2S_{1/2}-->1S_{1/2}}(M1)\sim 10^{-6} сек^{-1}., \dot{W}_{2S_{1/2}-->1S_{1/2}}(через вирт. уровень,\ omega_1=omega_2)\sim 1 сек^{-1}). Главное было понять что такое виртуальный уровень.
Расписывая уравнения эволюции состояния системы атом + электромагнитное поле, во втором порядке по взаимодействию получим кучу потенциальных переходов через виртуальные уровни. Виртуальным уровнем тут может быть что угодно, подходящее по правилам отбора.
Судя по тому, что водородоподобные состояния + состояния в континууме связанного электрона исчерпывают все возможные состояния, нужно искать виртуальный уровень среди них.
С учетом этого, я вроде начинаю понимать про что идет речь, а формальное нарушение постулатов Бора видимо действительно имеет место быть. Хотя, как это по физичней выразить, я не знаю.

KaterinKa

"Переход через виртуальный уровень" - это просто формальное название двухфотонного перехода, происходящего во 2-м порядке по взаимодействию электрона с электромагнитным полем.
А под постулатами Бора в данном случае ты имеешь в виду правила отбора для электрических дипольных переходов? Ну так они только для однофотонных дипольных переходов. Вон, в водородоподобном уране M3 переход идет с такой же интенсивностью, как E1.

lerroy

Нет, под постулатом Бора я понимаю утверждение о том, что атомная система с энергетическимим уровнями E_1 и E_2 может излучать кванты света c частотой $\omega=\frac{E_2-E_1}{\hbar}$. Наличие многофотонных переходов через виртуальные уровни, позволяет системе изучать практически что угодно, лишь бы выполнялось:
$$\sum_{i}\hbar\omega_{i}=E_2-E_1$$.
P.S. Интересно, а что тогда дает рассмотрение приближений более высших порядков?

KaterinKa

Да, это очень интересный вопрос. Переходы между фиксированными уровнями энергии подразумевают регистрацию квантовой системы в начальном и конечном состояниях, являющихся собственными состояниями гамильтониана. Тут налицо проявление принципа дополнительности - начало и конец процесса фиксируются некогерентно, в контакте с макроскопическим детектором, а то что, происходит в середине, - сугубо когерентный процесс. В общем, на эту тему можно очень долго рассуждать.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: