ФЭНДОМ


Ри́дберговские а́томы (названы в честь Й.Р. Ридберга) — атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в высоковозбужденном состоянии. Обычно, это атомы щёлочной группы элементов (литий, натрий, рубидий и т. д.), у которых рыхлая внешняя электронная оболочка как раз и состоит из одного электрона. Воздействуя на такой атом лазерным светом определенной длины волны, удается возбуждать внешний электрон в состояния с главным квантовым числом n вплоть до n ~ 1000.

Свойства ридберговских атомовПравить

Основные свойства ридберговских атомов можно увидеть уже из простого квазиклассического описания. Энергия связи такого водородоподобного атома равна

W_n = {Ry \over (n-\delta)^2},

где Ry = 13.6 эВ есть Ридберг, а δ дефект заряда ядра, который при больших n несуществен. Разница энергий между n-м и n+1-м уровнями энергии примерно равна

\Delta W \equiv W_n - W_{n+1} \approx {Ry \over n^3}.

Характерный размер атома rn и типичный квазиклассический период обращения электрона равны

r_n \approx a_B n^2, \quad T_n \approx T_1 n^3,

где aB = 0.5·10-10 м — боровский радиус, а T1 ~ 10-16 с.

Теперь сравним некоторые числа для основного состояния и для ридберговского состояния атома.

Основное состояние Ридберговское состояние с n = 1000
Энергия связи ~ 1 эВ ~ 10−6 эВ
Длина волны излученного кванта при переходе n → n−1 ~ 1 мкм (видимый или ближний ИК диапазон) ~ 1 км (радиодиапазон, длинные волны)</td>
Размер атома ~ 1 ангстрем ~ 0.1 мм
Время жизни ~ 10−8 с ~ 1 с

Направления исследования и возможные примененияПравить

Исследования, связанные с ридберговскими состояниями атомов можно условно разбить на две группы: изучение самих атомов и использование их свойств для прочих целей.

Фундаментальные направления исследования:

  • Выяснить, как квантовое описание атома переходит в квазиклассическое при больших n: ведь атом размером с толщину человеческого волоса — это уже почти макроскопический размер!
  • Из нескольких состояний с большими n можно составить волновой пакет, который будет более-менее локализован в пространстве. Если при этом большим будет и орбитальное квантовое число, то мы получим почти классическую картинку: локализованное электронное облако вращается вокруг ядра на большом расстоянии от него.
  • Если орбитальный момент мал, то движение такого волнового пакета будет квази-одномерным: электронное облако будет удаляться от ядра и снова приближаться к нему. Это аналог сильно вытянутой эллиптической орбиты в классической механике при движении вокруг Солнца.
  • Поведение ридберговского электрона во внешних электрических и магнитных полях. Обычные электроны, находящиеся близко к ядру, в основном чувствуют сильное электростатическое поле ядра (порядка 109 В/см), а внешние поля для них играют роль лишь мелких добавок. Ридберговский электрон чувствует сильно ослабленное поле ядра (E ~ E0/n4), и потому внешние поля могут кардинально исказить движение электрона.
  • Интересными свойствами обладают атомы с двумя ридберговскими электронами, причем один электрон «крутится» вокруг ядра на большем расстоянии, чем другой. Такие атомы называются планетарными.

Необычные свойства ридберговских атомов уже находят свои применения

  • Квантовые детекторы радиоизлучения: ридберговские атомы могут зарегистрировать даже единичный фотон в радиодиапазоне, что далеко за пределами возможностей обычных антенн.
  • Ступенчатый спектр энергий ридберговского электрона служит «энергетическим разновесом», который можно использовать при аккуратном измерении энергий.
  • Ридберговские атомы наблюдаются также и в межзвездной среде. Они являются очень чувствительными датчиками давления, созданным для нас самой Природой.

СсылкиПравить



Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Ридберговские атомы. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на ФЭНДОМЕ

Случайная вики