Через какое время возбужденный электрон возвращается в основное состояние?

Во время имитационного интервью в Кембридже один из вопросов касался того, насколько маленьким теоретически может быть компьютер. Я подошел к этому с точки зрения того, каким должно быть что-то, чтобы считаться компьютером.

В конце концов я добился некоторого прогресса, но я сделал вывод, в котором весьма сомневаюсь. Я сказал, что фотоэффект можно использовать как таймер.

Когда вы направляете свет на атом и переводите электрон на более высокий энергетический уровень, возникает временная задержка, прежде чем он вернется в основное состояние (или, по крайней мере, существует временная задержка между поглощением света и повторным излучением света), что должно быть постоянным. Я знаю, что этот момент может не относиться к вопросу интервью.

Тем не менее, правда ли то, что я сказал? Существует ли (измеримая) временная задержка между поглощением фотона и повторным излучением фотона?

Скажем так, если бы вы сказали это в моем интервью, я бы вас подвел. Нет такой временной задержки. За исключением более сложных сценариев, распад квантового состояния имеет постоянную вероятность. Состояние может распасться сегодня или через миллион лет, и нет никакого способа сделать надежный таймер из одного распада. Вы можете взять большое количество этих распадов и запустить схему, когда половина из них будет выполнена, но если бы вы дали мне это в качестве схемы временной схемы в инженерном интервью, я бы точно так же вас подвел.

Ответы (2)

Да, возбужденные состояния имеют ненулевое время жизни. Электронно-возбужденные состояния атомов имеют время жизни несколько наносекунд, хотя время жизни других возбужденных состояний может достигать 10 миллионов лет .

Вероятность распада можно рассчитать по золотому правилу Ферми . Тогда время жизни является средним временем жизни, полученным из вероятности распада.

Время жизни можно измерить непосредственно для больших времен жизни или для коротких времен жизни путем измерения уширения пика в спектре излучения. Если время жизни т тогда принцип неопределенности говорит нам, что разница энергий между возбужденным и основным состояниями неопределенна примерно:

Δ Е ≈ ℏ / 2 т

Это приводит к уширению пика излучения на частоте:

Δ ν ≈ Δ Е час

Это известно как расширение продолжительности жизни.

Стоит ли упоминать о ν Закон ^ 3 из-за коэффициента Эйнштейна А и, следовательно, сложности производства лазеров УФ + более высокой энергии из-за короткого срока службы ... несколько нс подходят для видимого / ближнего УФ - что в контексте этого вопроса, вероятно, нормально, но будет варьируются в зависимости от частоты, конечно.
Важно отметить, что существуют также долгоживущие электронные возбуждения. Сюда входят метастабильные состояния, которые могут распадаться только под действием квадрупольного излучения или выше (которые по-прежнему являются электронными возбуждениями, но могут иметь время жизни > 1 с), а также ридберговские состояния, которые обычно имеют очень большое время жизни (оба с высоким угловым моментом, потому что вам нужен медленный каскад). , но даже для низко- ℓ состояния).
Также стоит установить ссылку на базу данных NIST Atomic Spectra Database , которая включает в себя скорости перехода (т. А к я ) для широкого диапазона электронных переходов.

Характерное время взаимодействия - энергия взаимодействия между двумя системами обычно записывается как дельта Е ⋅ дельта т ∼ ℏ / 2 (НЕ смешивайте с принципом неопределенности). Таким образом, характерное время будет примерно дельта т ∼ ℏ / ( 2 дельта Е ) , где для дельта Е мы можем взять разницу энергий между двумя состояниями.

Это неправильно. В этой настройке дельта Е не является разностью энергий между состояниями; вместо этого это ширина каждой линии из-за однородного уширения (т. е. внутренней неопределенности в энергии перехода из-за того, что он занимает конечное время).
Через какое время возбужденный электрон возвращается в основное состояние?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v