Un átomo de electrones múltiples tiene un espectro de energía mucho más complejo que el átomo de hidrógeno. A medida que los electrones interactúan entre sí, los niveles de energía hidrogénicos se desplazan, y gran parte de la degeneración específica del hidrógeno, así como la degeneración resultante de la igualdad de masa y carga de los electrones, se levanta. Además, dado que los electrones interactúan entre sí, no podemos, estrictamente hablando, hablar de estados de electrones de partícula única. Esto significa que cuando brillamos luz en un átomo de electrones múltiples, no puede excitar un solo electrón. En cambio, cambia la configuración de todo el átomo, y el estado final es aproximadamente lo que llamaríamos un átomo con un electrón excitado.
Ahora, dado que los niveles de energía están parcialmente divididos por la interacción electrón-electrón, hay una manera$^\dagger$ de llegar directamente (es decir, a través de un solo fotón) al estado, que aproximadamente (es decir, en términos del modelo de capas) describiríamos como un estado doblemente excitado. Solo tenemos que brillar la frecuencia de luz adecuada en el átomo. De esta manera, incluso podríamos excitar a más de dos electrones. De otra manera, podríamos brillar luz compuesta por dos frecuencias correspondientes a la transición del estado fundamental al estado excitado una vez y del estado excitado una vez al estado excitado dos veces. Entonces también sería posible que el átomo aparezca en el estado excitado dos veces, pero esta sería una transición secuencial.
Sin embargo, para algunos átomos, los estados doblemente excitados son inestables en el sentido de que la energía correspondiente está por encima de la energía de ionización, por lo que es probable que estos estados se desintegren en átomos ionizados en lugar de ir directamente al estado fundamental. Esto es cierto, por ejemplo, para el átomo de helio doblemente excitado.
Mi intuición es que el átomo volvería a su estado fundamental demasiado rápido para que esto suceda
Hay que tener en cuenta que la transición de un estado a otro no es instantánea. La probabilidad de ocupar algún estado cambia gradualmente con el tiempo, y si iluminas la luz que impulsa la transición al estado excitado una vez y mezclas la luz que impulsa la transición desde el estado excitado una vez al estado excitado dos veces en el mismo haz, podrás "interceptar" el estado de átomo excitado una vez y llevarlo al doble estado excitado.
Además, sospecharía que si el átomo pudiera ser excitado dos veces, el electrón que ya está excitado sería excitado (o ionizado) una segunda vez, no uno nuevo.
No olvides la cuantización de la energía y el hecho de que la interacción electrón-electrón levanta gran parte de la degeneración posible. Es muy improbable que las energías de un átomo doblemente excitado y un átomo con un solo electrón excitado a un nivel superior coincidan. Por lo tanto, si ajustas bien tu fuente de luz, es poco probable que logres excitar al electrón que ya está excitado a un nivel superior en lugar de obtener un átomo doblemente excitado.
$^\dagger$ Puede que esté equivocado si parece que dicha transición óptica está prohibida para todos los átomos. Si encuentras alguna evidencia de esto, por favor házmelo saber.
