Transição de elétrons atômicos

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Um elétron em um átomo modelo Bohr, movendo-se do nível quântico $n = 3$ para $n = 2$ e lançar um fóton. A energia de um elétron é determinada por sua órbita em torno do átomo. A órbita n = 0, comumente referida como o estado do solo, tem a menor energia de todos os estados do sistema.

Na física e química atômica, uma transição de elétrons atômicos (também chamada de transição atômica, salto quântico ou salto quântico) é um elétron que muda de um nível de energia para outro dentro de um átomo ou átomo artificial . A escala de tempo de um salto quântico não foi medida experimentalmente. No entanto, o princípio de Franck -Condon liga o limite superior desse parâmetro à ordem dos segundos.

elétrons pulando para os níveis de energia de menor N emiti radiação eletromagnética na forma de um fóton. Os elétrons também podem absorver fótons que passam, o que aciona um salto quântico a um nível de n maior. Quanto maior a separação de energia entre o estado inicial e final do elétron, quanto menor os fótons; Comprimento de onda.

HISTÓRIA

O físico dinamarquês Niels Bohr primeiro teorizou que os elétrons podem realizar saltos quânticos em 1913. Logo depois, James Franck e Gustav Ludwig Hertz provaram experimentalmente que os átomos quantizaram estados de energia.

A observabilidade dos saltos quânticos foi prevista por Hans Dehmelt em 1975, e eles foram observados pela primeira vez usando íons presos de bário na Universidade de Hamburgo e Mercúrio no NIST em 1986.

teoria

Um átomo interage com o campo elétrico oscilante:

{\displaystyle E(t)=|{\textbf {E}}_{0}|Re(e^{-i{\omega - Não. - Não.

(1)

com amplitude $|{\textbf {E}}_{0}|}$ , frequência angular $- Sim.$ , e vetor de polarização $O que é isso? - Sim.$ . Note que a fase real é $(\omega t-{\textbf {k}}\cdot {\textbf {r}}}$ . No entanto, em muitos casos, a variação de ${\textbf {k}}\cdot {\textbf {r}}}}}$ é pequeno sobre o átomo (ou equivalentemente, o comprimento de onda de radiação é muito maior do que o tamanho de um átomo) e este termo pode ser ignorado. Isto chama-se aproximação de dipolo. O átomo também pode interagir com o campo magnético oscilante produzido pela radiação, embora muito mais fracamente.

O Hamiltoniano para esta interação, análogo à energia de um dipolo clássico em um campo elétrico, é $Não. H_{I}=e{\textbf {r}}\cdot {\textbf {E}}(t)}$ . A taxa de transição estimulada pode ser calculada usando a teoria de perturbação dependente do tempo; no entanto, o resultado pode ser resumido usando a regra de ouro de Fermi: $Rate\propto |e_{0}|^{2}\times |\langle 2|{\textbf {r}}\cdot Não. Não. {rad} |1\rangle |^{2}$ O elemento de matriz dipole pode ser decomposto no produto da integral radial e da integral angular. A integral angular é zero a menos que as regras de seleção para a transição atômica sejam satisfeitas.

Descobertas recentes

Em 2019, foi demonstrado em um experimento com um átomo artificial supercondutor que consiste em dois qubits de transmon fortemente hibridados colocados dentro de uma cavidade ressonadora de leitura a 15 mk, que a evolução de alguns saltos é contínua, coerente, determinística e reversível . Por outro lado, outros saltos quânticos são inerentemente imprevisíveis.

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