Спонтанне випромінювання
Спонтанне випромінювання , або спонтанне випромінювання , - процес мимовільного випромінювання електромагнітного випромінювання квантовими системами ( атомами , молекулами ) при їх переході зі збудженого стану в стабільний.
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:
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
- ↑ Serge, KLleppner, 1989 .
- ↑ 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
- Спонтанне випромінювання – стаття з Фізичної енциклопедії
- Serge Haroche та Daniel KLleppner. Cavity Quantum Electrodynamics. - Physics Today, 1989. - С. 24.