Ширина уровня

Ширина́ уровня

Неопределённость энергии квантовомеханической системы, обладающей дискретными уровнями энергии E_k (атома, молекулы, атомного ядра), в состоянии, которое не является строго стационарным. Ш. у. (ΔE_k), характеризующая размытие уровня энергии, его уширение, зависит от средней длительности пребывания системы в данном состоянии — времени жизни (См. Время жизни) на уровне (τ_k) и, согласно неопределённостей соотношению (См. Неопределённостей соотношение) для энергии и времени, равна ΔE_k — (ħ— Планка постоянная). Для строго стационарного состояния системы τ_k = ∞ и ΔE_k=0. Время жизни τ_k, а следовательно, и Ш. у. обусловлены возможностью квантовых переходов (См. Квантовые переходы) системы в состояния с меньшей энергией. Для свободной системы (например, для изолированного атома) спонтанные излучательные переходы с уровня E_k на нижележащие уровни E_i (E_i < E_k) определяют радиационную, или естественную, Ш. у.: (ΔЕк) _рад — ħA_k, где — полная вероятность спонтанного испускания с уровня E_k, A_ki — Эйнштейна коэффициенты для спонтанного испускания. Уширение уровня может быть вызвано также спонтанными безызлучательными переходами, например для радиоактивного атомного ядра — его Альфа-распадом. Ширина атомного уровня очень мала по сравнению с энергией уровня. В других случаях (например, для возбуждённых ядер, вероятность квантовых переходов которых обусловлена испусканием нейтронов и очень велика) Ш. у. может стать сравнимой с расстоянием между уровнями. (Если Ш. у. превышает эти расстояния, энергетический спектр системы становится непрерывным.)

Любые взаимодействия, увеличивающие вероятность перехода системы в др. состояния, приводят к дополнительному уширению уровней. Примером может служить штарковское уширение уровней атома (иона) в плазме (См. Плазма) в результате его столкновения с ионами и электронами. В общем случае полная Ш. у. пропорциональна сумме вероятностей всех возможных переходов с этого уровня — спонтанных и вызванных различными взаимодействиями.

Ш. у. определяет ширину спектральных линий.

Лит. см. при ст. Ширина спектральных линий.

М. А. Ельяшевич.