Salto cuántico

Modelo de 1913 de transiciones abruptas de sistemas cuánticos

Un salto cuántico es la transición abrupta de un sistema cuántico ( átomo , molécula , núcleo atómico ) de un estado cuántico a otro, de un nivel de energía a otro. Cuando el sistema absorbe energía, se produce una transición a un nivel de energía superior ( excitación ); cuando el sistema pierde energía, se produce una transición a un nivel de energía inferior.

El concepto fue introducido por Niels Bohr , en su modelo Bohr de 1913 .

El salto cuántico es un fenómeno propio de los sistemas cuánticos que los distingue de los sistemas clásicos, en los que las transiciones se producen de forma gradual. En mecánica cuántica, estos saltos se asocian a la evolución no unitaria de un sistema mecánico cuántico durante la medición.

Un salto cuántico puede ir acompañado de la emisión o absorción de fotones ; la transferencia de energía durante un salto cuántico también puede ocurrir por transferencia de energía resonante no radiativa o en colisiones con otras partículas.

En la física moderna, el concepto de salto cuántico rara vez se utiliza; por regla general, los científicos hablan de transiciones entre estados cuánticos o niveles de energía.

Transición electrónica atómica

Diagrama de Grotrian de un sistema cuántico de 3 niveles con frecuencias de transición características, ₁₂ y ₁₃ , y tiempos de vida de estados excitados ₂ y ₃ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \Gamma }$ ${\displaystyle \Gamma }$

Las transiciones de electrones atómicos causan la emisión o absorción de fotones . Sus estadísticas son poissonianas y el tiempo entre saltos se distribuye exponencialmente . ^[1] La constante de tiempo de amortiguamiento (que varía de nanosegundos a unos pocos segundos) se relaciona con el ensanchamiento natural, de presión y de campo de las líneas espectrales . Cuanto mayor sea la separación energética de los estados entre los que salta el electrón, más corta será la longitud de onda del fotón emitido.

Señales de la cámara EMCCD y del tubo fotomultiplicador mientras se impulsan saltos cuánticos en la transición de 674 nm de ⁸⁸ Sr ⁺

En una trampa de iones , los saltos cuánticos se pueden observar directamente al dirigirse a un ion atrapado con radiación a dos frecuencias diferentes para impulsar las transiciones de electrones. ^[2] Esto requiere que se excite una transición fuerte y una débil (indicadas ₁₂ y ₁₃ respectivamente en la figura de la derecha). El nivel de energía del electrón, , tiene una vida útil corta, ₂ lo que permite la emisión constante de fotones a una frecuencia ₁₂ que puede ser recogida por una cámara y/o un tubo fotomultiplicador . El estado tiene una vida útil relativamente larga ₃ lo que provoca una interrupción de la emisión de fotones a medida que el electrón queda archivado en el estado mediante la aplicación de luz con una frecuencia _13. El ion que se oscurece es una observación directa de los saltos cuánticos. ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle |2\rangle }$ ${\displaystyle \Gamma }$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle |3\rangle }$ ${\displaystyle \Gamma }$ ${\displaystyle \omega }$

Transición electrónica molecular

Referencias

1. Deléglise, S. «Observando los saltos cuánticos de la luz» (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 7 de noviembre de 2010. Consultado el 17 de septiembre de 2010 .
2. Foot, CJ (2005). Física atómica. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-152314-4.OCLC 181750270  .

Fuentes

• ¿Existen saltos cuánticos?
• «¡No hay saltos cuánticos, ni hay partículas!» por HD Zeh, Physics Letters A172 , 189 (1993).
• Gleick, James Gleick (21 de octubre de 1986). "Los físicos finalmente consiguen ver el salto cuántico". New York Times . Ciudad de Nueva York . Consultado el 23 de agosto de 2013 .
• Der Quantensprung im Bohrschen Atommodell Frühe Quantenphysik
• Der Quantensprung Die zweifelhafte Karriere eines Fachausdrucks (ZEIT 1996)
• MB Plenio y PL Knight El enfoque del salto cuántico para la dinámica disipativa en óptica cuántica, vgl. también Rev. Mod. Física. 70 101–144 (1998). (Beschreibung der Dynamik ofener Systeme mittels Quantensprüngen)
• Historisches zum Quantensprung, Sommerfeld und Einstein 1911