Квантовый переход

КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД, скачкообразный переход квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра, элементарной частицы) из одного стационарного квантового состояния в другое, происходящий под влиянием какого-либо взаимодействия, присущего частицам данной системы. Наиболее важен квантовый переход между энергетическими стационарными состояниями, соответствующими определённым значениям энергии системы (представление о таких квантовых переходах введено Н. Бором в 1913). Квантовые  переходы между нестационарными состояниями могут быть описаны с помощью суперпозиции состояний принципа.

В общем случае квантовый переход характеризуется амплитудой перехода, выражающейся через элементы матрицы рассеяния; квадрат её модуля определяет вероятность перехода. При любых квантовых переходах выполняются точные законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и др. В квантовых переходах, происходящих за счёт электромагнитного и сильного взаимодействий, выполняются законы сохранения пространственной чётности, зарядовой чётности, странности и др., которые могут нарушаться в переходах, осуществляющихся при слабом взаимодействии (смотри Отбора правила). Квантовые переходы между различными стационарными состояниями, сопровождающиеся испусканием или поглощением какой-либо частицы, на схемах уровней энергии принято изображать вертикальными или наклонными линиями, соединяющими уровни энергии (их изображают горизонтальными линиями), между которыми происходит переход.

Квантовые переходы в атомах, молекулах и ядрах могут быть как излучательными, так и безызлучательными. При излучательных квантовых переходах между уровнями энергии E_i и E_k, E_i  > E_k, система испускает (переход E_i  → E_k) или поглощает (переход E_k → E_i) квант электромагнитного излучения с энергией hv = E_i  - E_k - постоянная Планка, v - частота излучения, иногда называемая частотой перехода). В зависимости от значения разности энергий частота испускаемого (поглощаемого) излучения лежит в различных диапазонах шкалы электромагнитных волн. Совокупность излучательных квантовых переходов с верхних уровней энергии на нижние образует спектр испускания квантовой системы, а с нижних уровней энергии на верхние - её спектр поглощения. Излучательные квантовые переходы могут быть спонтанными (самопроизвольными), не зависящими от внешних воздействий, и вынужденными (индуцированными), происходящими под действием внешнего электромагнитного излучения резонансной частоты v = (E_i  - E_k )/h. Вероятности квантовых переходов в атомах и молекулах принято характеризовать средним числом переходов данного типа в единицу времени (в 1 с). Вероятности излучательных (спонтанных и вынужденных) квантовых переходов определяются Эйнштейна коэффициентами и могут быть рассчитаны методами квантовой механики и квантовой электродинамики.

При безызлучательных квантовых переходах изменение энергии квантовой системы происходит в результате её взаимодействия с другими квантовыми системами, например в газах - при столкновениях атомов или молекул с другими атомами или молекулами, в жидкостях или кристаллах - при взаимодействии составляющих их частиц с ближайшим окружением. Помимо вынужденных безызлучательных квантовых переходов возможны спонтанные безызлучательные квантовые переходы, при которых происходит распад системы на части, например автоионизация атома (оже-эффект) или предиссоциация молекулы. Такие процессы возможны в том случае, когда энергия системы больше энергии, необходимой для её распада.

Квантовые  переходы происходят также при радиационных распадах адронов. В рамках составной кварковой модели адронов такие распады соответствуют переходу между уровнями энергии связанной системы кварков с испусканием фотона.

Лит. смотри при ст. Квантовая механика.