Спонтанне випромінювання

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Спонтанне випромінювання , або спонтанне випромінювання , - процес мимовільного випромінювання електромагнітного випромінювання квантовими системами ( атомами , молекулами ) при їх переході зі збудженого стану в стабільний.

Спонтанне випромінювання фотона

Феноменологічне визначення Альберта Ейнштейна

Частота спонтанного електромагнітного випромінювання визначається різницею енергій i- го та k- го рівнів системи:

Якщо населення рівня з енергією дорівнює , то потужність спонтанного випромінювання дорівнює:

де - Імовірність переходу з i- го рівня на k- й.

Повна ймовірність спонтанного випромінювання:

Сила осциляторів :

Швидкість спонтанної релаксації є постійною?

Феноменологічно введена Ейнштейном швидкість спонтанної релаксації тривалий час вважалася внутрішньою невід'ємною властивістю атомів (молекул). При термодинамічній рівновазі з оточенням однією з найважливіших ознак цієї властивості є його необоротність. Ця особливість обумовлена ​​взаємодією атома (молекули) з нескінченним числом мод вакуумного стану . Зміна числа мод призводить до зміни швидкості спонтанної релаксації. Щоб цього досягти, можна помістити атом у резонатор[1] .

Розглянемо одноелектронний атом, у якого два енергетичні рівні і , розділених між собою на величину . Середнє квадратичне амплітуди електричного вакуумного поля одно , де - Сприйнятливість середовища, - Обсяг простору, в якому поширюється випромінювання. Енергія, що випромінюється в одну моду, дорівнює , тут - Матричний елемент електричного диполя. Цю частоту називають вакуумною Рабі частотою.

Ймовірність випромінювання фотона, відома як - Коефіцієнт Ейнштейна, дорівнює

тут число мод у одиничному частотному інтервалі (щільність мод).

Ймовірність знайти атом у збудженому стані на момент часу після його збудження на рівень дорівнює .

Причина спонтанного випромінювання

Процес спонтанного випромінювання неможливо пояснити з позицій початкової версії квантової механіки, де мало місце квантування рівнів енергії атома, але квантування електромагнітного поля. Збуджені стани атомів є точними стаціонарними рішеннями рівняння Шредінгера . Таким чином, атоми повинні залишатися необмежено довго у збудженому стані. Причиною спонтанного випромінювання є взаємодія атома з нульовими коливаннями електромагнітного поля у вакуумі. Стану атома перестають бути стаціонарними в результаті впливу складової нульових коливань з частотою, що дорівнює частоті кванта, що випускається [2] .

Див. також

Примітки

  1. Serge, KLleppner, 1989 .
  2. А. Б. Мігдал , В. П. Крайнов. Глава 1. Розмірні та модельні оцінки. 4. Оцінки у квантовій електродинаміці. Нульові коливання електромагнітного поля // Наближені методи квантової механіки. - Москва: Наука, 1966. - С. 47-50.

Література

Джерело - https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Спонтанне випромінювання&oldid= 111121624