Оглавление
- 1 Ридберговский атом
- 1.1 Ридберговские атомы
- 1.2 Модель атома Бора
- 1.3 История
- 1.4 Способы производства
- 1.5 Гидрогенный потенциал
- 1.6 Квантово-механические детали
- 1.7 Электронные волновые функции
- 1.8 Во внешних полях
- 1.9 Свойства ридберговских атомов
- 1.10 Применение и исследования
- 1.11 Астрофизика и радиорекомбинация
- 1.12 Сильно взаимодействующие системы
- 1.13 Текущие направления исследований
- 1.14 Классическая симуляция
- 1.15 Результирующая траектория
- 1.16 Период колебания углового момента
- 1.17 Дополнительная информация
- 1.18 Полный текст статьи:
- 2 Ридберговский атом
Ридберговский атом
-
Ридберговские атомы
- Возбужденные атомы с высоким главным квантовым числом n
- Обладают повышенной чувствительностью к электрическим и магнитным полям
- Длительные периоды распада и волновые функции, приближающиеся к классическим орбитам
-
Модель атома Бора
- Объяснение свойств ридберговских атомов через модель атома Бора
- Радиус орбиты равен n2, геометрическое поперечное сечение равно n4
- Энергия связи уменьшается на 1/n2, расстояние между уровнями уменьшается на 1/n3
-
История
- Существование ряда Ридберга доказано в 1885 году Бальмером
- Ридберг представил формулу в 1888 году, объясненную Бором в 1913 году
- Полный вывод спектра получен Паули в 1926 году
-
Способы производства
- Возбуждение электронным ударом, зарядообмен, оптическое возбуждение
- Оптическое возбуждение позволяет создавать моноэнергетические популяции
-
Гидрогенный потенциал
- Атом в ридберговском состоянии имеет почти водородный кулоновский потенциал
- Волновые функции электронов приближаются к классическим орбитам
-
Квантово-механические детали
- Квантово-механическое состояние с высоким n требует введения квантового дефекта
- Волновые функции электронов с высоким θ мало перекрываются с внутренними электронами
-
Электронные волновые функции
- Длительное время жизни объясняется малым перекрытием волновых функций
- Двойное ридберговское состояние требует учета электрон-электронного отталкивания
- Поляризация ионной сердцевины создает анизотропный потенциал
- Волновая функция внешнего электрона с низким θ локализуется внутри оболочек внутренних электронов
-
Во внешних полях
- Большое расстояние между электроном и ядром делает возможным большой электрический дипольный момент
- Присутствие электрического диполя в электрическом поле вызывает резкий сдвиг
-
Свойства ридберговских атомов
- Узкий интервал между соседними n-уровнями приводит к вырождению состояний при небольшой напряженности поля.
- Предел Инглиса-Теллера определяет напряженность поля, при которой происходит пересечение состояний.
- В атоме водорода кулоновский потенциал не связывает состояния, что приводит к пересечениям.
- Дополнительные слагаемые в потенциальной энергии могут связывать состояния, избегая пересечений.
-
Применение и исследования
- Прецизионные измерения захваченных ридберговских атомов важны для астрофизических наблюдений.
- Исследование диамагнитных эффектов в ридберговских атомах позволяет обнаружить радиосвязь.
- В плазме ридберговские атомы образуются при рекомбинации электронов и ионов, что влияет на свойства плазмы.
- Конденсация ридберговских атомов образует ридберговскую материю, устойчивую к возбуждению.
-
Астрофизика и радиорекомбинация
- Ридберговские атомы возникают в космосе благодаря фотоионизации и рекомбинации.
- Линии радиорекомбинации (RRL) используются для обнаружения ионизированного газа и измерения температуры.
- RRL распределены по всему радиочастотному спектру и часто встречаются при радиоспектральных наблюдениях.
-
Сильно взаимодействующие системы
- Ридберговские атомы обладают большими электрическими дипольными моментами, что приводит к сильным взаимодействиям.
- Эти взаимодействия делают ридберговские атомы подходящими для создания квантовых компьютеров.
-
Текущие направления исследований
- Исследования ридберговских атомов включают зондирование, квантовую оптику, квантовые вычисления, квантовое моделирование и ридберговские состояния материи.
- Высокие электрические дипольные моменты используются для радиочастотного и терагерцового зондирования.
- Настраиваемое взаимодействие между ридберговскими состояниями позволяет проводить квантовое моделирование.
-
Классическая симуляция
- Внешний электрический потенциал изменяет геометрию потенциала, создавая крутящий момент.
- В присутствии внешнего поля ридберговские атомы приобретают большие электрические дипольные моменты.
-
Результирующая траектория
- Траектория становится все более искаженной со временем
- Проходит весь диапазон изменения углового момента от L = LMAX до L = 0 и L = −LMAX
-
Период колебания углового момента
- Период времени колебания почти точно соответствует предсказанному квантовой механикой периоду возвращения волновой функции
- Демонстрирует классическую природу ридберговского атома
-
Дополнительная информация
- Тяжелая система Ридберга
- Старая квантовая теория
- Квантовый хаос
- Молекула Ридберга
- Полярон Ридберга