Niveles de energía inestables

Question

Bueno, leyendo sobre el "Efecto Raman" vi que cuando el electrón absorbe algo de energía, con frecuencia $ \omega_{abs} $ que es diferente de $ \omega_{n} - \omega_{n-1} \neq \omega_{abs1} $ , pasa a un "nivel de energía virtual" que es inestable, pero sin embargo podríamos medir su vida útil. Además, el electrón podría permanecer en este nivel inestable el tiempo suficiente para absorber otro electrón con frecuencia $ \omega_{abs2} $ , de tal manera que $ \omega_{n} - \omega_{n-1} = \omega_{abs1} + \omega_{abs2} $ y que finalmente pase a un nivel de energía estable, que es el previsto por la Mecánica Cuántica.

Mi pregunta es: ¿Es esto correcto? ¿Un electrón podría permanecer un poco de tiempo en un nivel de energía inestable?

Answer 1

¿Es esto cierto? ¿Un electrón podría permanecer un poco de tiempo en un nivel de energía inestable?

La respuesta corta es: sí, esta es una descripción estándar correcta del proceso.

Permítanme que me explaye. En la mecánica cuántica todos los observables, incluida la energía, se describen con operadores hermitianos. Los vectores propios de estos operadores son los estados con valor definido del observable. Los niveles de energía son los vectores propios del operador de energía, el hamiltoniano.

"Nivel virtual" en el contexto actual no es un estado con energía definida. Así que no es un nivel de energía en sentido estricto. Consulte este en Wikipedia la parte del "estado cuántico".

También debo añadir que toda esa discusión se refiere más a una interpretación que a la derivación real. Las matemáticas son sencillas e independientes de cómo se llamen las cosas en las ecuaciones. Tu pregunta es similar a la pregunta "¿ partículas virtuales existen". Y la respuesta depende de lo que quieras decir con "existir", así que te estás metiendo en la filosofía en lugar de en la física.

Answer 2

En primer lugar, la dispersión Raman, el efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton, etc., producen un cambio en los niveles de energía, debido a la absorción/liberación de energía de los fotones $h\Delta\nu$ , típicamente en una molécula, en un átomo, en un electrón, etc., respectivamente. En segundo lugar, el nivel de energía virtual es la adición (a veces algo artificial) de la energía de los fotones al nivel de energía del sistema que es golpeado por el fotón entrante. Puede (pero no siempre) ser sólo una abstracción matemática si el sistema libera también un fotón saliente. En tercer lugar, en la mecánica cuántica normalmente se nos permite preguntar por las probabilidades, los tiempos medios, etc., de varios niveles de energía del sistema. No tiene sentido preguntar cuánto tiempo pasó el sistema con una energía específica $E<0$ sin incertidumbre en $E$ , si $E$ no corresponde a un nivel de energía real del sistema.

Answer 3

Todos los niveles de energía excitada son inestables hasta cierto punto. Así que, sí, se puede. Si por debajo de un determinado nivel de energía $E_n$ hay muchos niveles más bajos posibles $E_{n'} < E_n$ , suele haber varios canales de transición, cada uno con su propia probabilidad y diferencia de energía, por lo que podemos observar la emisión de diferentes frecuencias.

Por otro lado, la absorción de dos fotones diferentes, aunque es posible en una onda EM intensiva, normalmente ocurre en pocas ocasiones. Creo que lo que ocurre normalmente es la absorción de un fotón (excitación) y la desactivación de muchos fotones de los átomos y las moléculas (decaimiento en cascada).

Si te refieres a la existencia de niveles de energía inestables entre dos niveles vecinos, entonces no, no existen.

EDIT: Recuerdo haber derivado la probabilidad de ionización del átomo mediante un EMW intensivo de baja frecuencia, siguiendo el trabajo de Keldysh. Átomo puede ser excitado e incluso ionizado con un fuerte EMF constante o de baja frecuencia y es un simultáneamente proceso multifotónico, cuando un solo $\hbar \omega$ es menor que la energía $E_n - E_{n'}$ necesaria para una transición determinada.