Насколько точной должна быть длина волны света, чтобы он поглощался атомом? [дубликат]

Я постараюсь поместить комментарии в немного больше контекста. Когда атом поглощает фотон или энергетический пакет, электрон переходит из более низкого (энергетического) состояния (обычно «основного» состояния) в возбужденное состояние. Возбужденное состояние не стабильно, это означает, что атом не будет оставаться в этом (энергетическом) состоянии просто по причинам минимизации энергии. Следовательно, энергия будет излучаться. Это не мгновенный процесс, т.е. требуется некоторое время, прежде чем энергия излучается. Это время называется временем жизни возбужденного (энергетического) состояния. Это можно комбинировать с принципом неопределенности Гейзенберга:

$\Delta E\cdot\Delta \tau >= \hbar/2$

$\Delta E = \frac{\hbar}{2\Delta\tau}$

($\tau$= время подъема,$\Delta E$энергия "ширина")

Это говорит нам о том, что энергия возбужденного состояния имеет определенную «ширину», которая называется естественной шириной линии. Энергия поглощенного фотона может быть записана как$E=hf$. Следовательно, энергетическая ширина нашего возбужденного состояния может быть преобразована в неопределенность частоты$\Delta E = h\Delta f, \Delta f = \frac{\hbar}{h\Delta\tau}$. Это означает не только то, что возбужденное состояние имеет определенную ширину. Это также говорит нам о том, что наша частота перехода может колебаться в$\Delta f$и мы все еще можем сделать переход.

Таким образом, мы также видим то, что было упомянуто в комментариях: Если наше возбужденное состояние было стабильным (бесконечное время жизни), то вы разбросали нашу частоту.$\Delta f = 0$и вы должны точно соответствовать частоте.

Как сказал Джон Кастер в комментарии, ответ «это зависит».

Для идеально холодного атома, который подвешен вдали от всех других атомов/взаимодействий и который находился в определенном состоянии «навсегда», ширина линии перехода действительно была бы чрезвычайно узкой.

Но для реального атома в газе ширина линии конечна. Явление спектрального расширения можно использовать для определения таких вещей, как температура и давление газов в далеких звездах, и это причина, по которой свет от некоторых «натриевых» ламп высокого давления выглядит белее, тогда как версия с низким давлением «довольно желтая». .

Согласно связанной статье, естественная ширина линии зависит от времени жизни перехода - если оно порядка$10^{-8}~\rm{s}$, ширина линии порядка$10^{-7}~\rm{eV}$. В газе высокого давления частые столкновения сокращают время жизни перехода и вызывают значительное уширение линии; точно так же доплеровское смещение (из-за скорости атома относительно наблюдателя) вызовет зависящее от температуры уширение линии с наибольшим эффектом для самых легких атомов (например, водорода), которые имеют самую высокую скорость при данной температуре. Доплеровское уширение линии определяется выражением

Более подробный анализ можно найти по этой ссылке