 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( декабрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В квантовой физике , энергетический уровень расщепление или раскол в уровне энергии квантовой системы происходит , когда возмущение изменяет систему. Возмущения изменяют соответствующий гамильтониан и результат изменение собственных значений ; несколько различных уровней энергии появляются на месте бывших вырожденный (мульти- состояние уровня). Это может происходить из-за внешних полей , квантового туннелирования между состояниями или других эффектов. Этот термин чаще всего используется в отношении электронной конфигурации в атомах или молекулах .
Простейшим случаем расщепления уровней является квантовая система с двумя состояниями , невозмущенный гамильтониан которой является диагональным оператором: Ĥ 0 = E 0 I , где I - единичная матрица 2 × 2 . Собственные состояния и собственные значения (уровни энергии) возмущенного гамильтониана
будет:
- | 0⟩ : уровень E 0 + ε , и
- | 1⟩ : уровень E 0 - ε ,
так что это вырожденное собственное значение E 0 распадается на два, когда ε ≠ 0 . Хотя, если возмущенный гамильтониан не диагонален для этого базиса квантовых состояний {| 0⟩, | 1⟩} , то собственные состояния гамильтониана являются линейными комбинациями этих двух состояний.
Для физической реализации, такой как заряженная частица со спином 1/2 во внешнем магнитном поле , требуется, чтобы ось z системы координат была коллинеарна магнитному полю, чтобы получить гамильтониан в приведенной выше форме ( матрица Паули σ 3 соответствует к оси z ). Эти базисные состояния, называемые спин- вверх и вниз , являются, следовательно, собственными векторами возмущенного гамильтониана, так что это расщепление уровней легко продемонстрировать математически и интуитивно очевидно.
Но в случаях, когда выбор базиса состояний не определяется системой координат, а возмущенный гамильтониан не диагонален, расщепление уровней может показаться нелогичным, как в примерах из химии ниже.
Примеры [ править ]
В атомной физике :
- Эффект Зеемана - расщепление электронных уровней в атоме из-за внешнего магнитного поля .
- Эффект Штарка - расщепление из-за внешнего электрического поля .
По физической химии :
- Эффект Яна – Теллера - расщепление электронных уровней в молекуле, поскольку нарушение симметрии снижает энергию при частичном заполнении вырожденных орбиталей.
- Резонанс (химия) приводит к созданию делокализованных электронных состояний. ( Фейнман 1965 , глава 10, § 4 )
- Инверсия азота приводит к расщеплению уровней в аммиаке ( Feynman 1965 , глава 8, § 6 ) , который используется в аммиачном мазере . ( Фейнман, 1965 , глава 9 )
Ссылки [ править ]
Фейнман, Ричард П .; Роберт Лейтон; Мэтью Сэндс (1965). Лекции Фейнмана по физике . Том III. Массачусетс, США: Аддисон-Уэсли. ISBN 0-201-02118-8. |volume= has extra text (help)
