Атомний перехід електрона
Атомний перехід електрона в атомній фізиці та хімії (інші назви: електронне (зне-)збудження, атомний перехід або квантовий стрибок) — це перехід (або стрибок) електрона з одного рівня енергії на інший всередині атома[1] або штучного атома[2]. Він видається дискретним, оскільки електрон «стрибає» з одного рівня квантованої енергії на інший, як правило, за кілька наносекунд або менше.
Електронні переходи викликають випромінювання або поглинання електромагнітного випромінювання у формі квантованих одиниць, які називаються фотонами. Розподіл є пуассонівським, а час між стрибками розподілений експоненціально[3]. Постійна часу затухання (яка коливається від наносекунд до кількох секунд) відноситься до природного розширення спектральних ліній, або пов'язаного з тиском та полем. Чим більше енергетичне розділення станів, між якими стрибає електрон, тим коротша довжина хвилі випромінюваного фотона[4]. Випромінюваний фотон змінює кінетичну енергію атома, що дозволяє технології лазерного охолодження сповільнювати рух атомів.
Данський фізик Нільс Бор у 1913 році вперше висунув теорію про те, що електрони можуть здійснювати квантові стрибки[5]. Незабаром після цього Джеймс Франк і Густав Людвіг Герц експериментально довели, що атоми мають квантовані енергетичні стани[6].
Можливість спостерігати квантові стрибки була передбачена Гансом Демельтом у 1975 році, і вони вперше були виявлені за допомогою захоплених іонів барію в Гамбурзькому університеті та ртуті в NIST у 1986 році[4].
У 2019 році в експерименті з надпровідним штучним атомом, що складається з двох сильно гібридизованих трансмон-кубітів, поміщених всередину резонаторної порожнини зчитування при 15 mK, було продемонстровано, що еволюція деяких стрибків є безперервною, когерентною, детермінованою та оборотною[7]. З іншого боку, інші квантові стрибки за своєю суттю непередбачувані[8].
- ↑ Schombert, James. «Quantum physics» University of Oregon Department of Physics
- ↑ Vijay, R; Slichter, D. H; Siddiqi, I (2011). Observation of Quantum Jumps in a Superconducting Artificial Atom. Physical Review Letters (англ.). 106 (11): 110502. arXiv:1009.2969. Bibcode:2011PhRvL.106k0502V. doi:10.1103/PhysRevLett.106.110502. PMID 21469850.
- ↑ Deléglise, S. Observing the quantum jumps of light (PDF) (англ.). Архів оригіналу (PDF) за 7 листопада 2010. Процитовано 17 вересня 2010. [Архівовано 2010-11-07 у Wayback Machine.]
- ↑ а б Itano, W. M.; Bergquist, J. C.; Wineland, D. J. (2015). Early observations of macroscopic quantum jumps in single atoms (PDF). International Journal of Mass Spectrometry. 377: 403. Bibcode:2015IJMSp.377..403I. doi:10.1016/j.ijms.2014.07.005.Itano, W. M.; Bergquist, J. C.; Wineland, D. J. (2015). «Early observations of macroscopic quantum jumps in single atoms» (PDF). International Journal of Mass Spectrometry. 377: 403. Bibcode: 2015IJMSp.377..403I. doi:10.1016/j.ijms.2014.07.005.
- ↑ Gleick, James (21 жовтня 1986). PHYSICISTS FINALLY GET TO SEE QUANTUM JUMP WITH OWN EYES. The New York Times (англ.). ISSN 0362-4331. Процитовано 6 грудня 2021.
- ↑ Franck-Hertz experiment | physics | Britannica. www.britannica.com (англ.). Процитовано 6 грудня 2021.
- ↑ Minev, Z. K.; Mundhada, S. O.; Shankar, S.; Reinhold, P.; Gutiérrez-Jáuregui, R.; Schoelkopf, R. J..; Mirrahimi, M.; Carmichael, H. J.; Devoret, M. H. (3 червня 2019). To catch and reverse a quantum jump mid-flight. Nature (англ.). 570 (7760): 200—204. arXiv:1803.00545. Bibcode:2019Natur.570..200M. doi:10.1038/s41586-019-1287-z. PMID 31160725.
- ↑ Snizhko, Kyrylo; Kumar, Parveen; Romito, Alessandro (29 вересня 2020). Quantum Zeno effect appears in stages. Physical Review Research (англ.). 2 (3): 033512. arXiv:2003.10476. Bibcode:2020PhRvR...2c3512S. doi:10.1103/PhysRevResearch.2.033512.
- Schrödinger, Erwin (August 1952). Are there quantum jumps? Part I (PDF). The British Journal for the Philosophy of Science. 3 (10): 109—123. doi:10.1093/bjps/iii.10.109. Part 2
- «There are no quantum jumps, nor are there particles!» by H. D. Zeh, Physics Letters A172, 189 (1993).
- Ball, Philip (5 червня 2019). Quantum Leaps, Long Assumed to Be Instantaneous, Take Time. Quanta Magazine. Процитовано 6 червня 2019.
- «Surface plasmon at a metal-dielectric interface with an epsilon-near-zero transition layer» by Kevin Roccapriore et al., Physical Review B 103, L161404 (2021).