Естественная ширина спектральной линии - ширина спектральной линии,
обусловленная спонтанными квантовыми переходами изолированной квантовой
системы (атома, молекулы, ядра и т. д.). Е. ш. с. л. наз. также радиац.
шириной.
В соответствии с принципом неопределённости возбуждённые уровни i энергии квантовой системы, обладающие конечным временем жизни ti, являются квазидискретными и имеют конечную (малую) ширину
(см. Ширина уровня ).Энергия возбуждённого уровня равна
- суммарная
вероятность всех возможных спонтанных квантовых переходов с уровня i (Аik - вероятность перехода на уровень k; см. Эйнштейна коэффициенты ).Если уровень энергии j, на к-рый переходит квантовая система, также является возбуждённым, то Е. ш. с. л. равна (Гi+Гj). Вероятность dwij излучения фотонов в интервале частот dw при переходе i-j определяется ф-лой:
Для резонансных линий атомов и ионов Е. ш. с. л. равна:
где fij - сила осциллятора перехода i-j, она очень мала по сравнению с частотой перехода wij : Г/wij ~ a3(z+1)2 (здесь a=1/137 - постоянная тонкой структуры, z - кратность заряда иона). Особенно малой шириной обладают запрещённые линии.
Естественная ширина линии классич. осциллятора с зарядом е, массой т и собств. частотой w0 равна: Г= 2еw20/3mс3. Радиац. затухание приводит также к очень небольшому смещению максимума линии в сторону меньших частот ~Г2/4w0.
Спонтанные квантовые переходы, определяющие конечную ширину уровней
энергии и Е. ш. с. л., не всегда происходят с испусканием фотонов.
Напр., при определ. условиях могут происходить процессы,
сопровождающиеся испусканием одного или неск. электронов (см. Оже-эффект, Ионизация полем).
В ряде случаев, напр. в возбуждённых ядрах, автоионизац. состояниях
атомов, значения ширин уровней могут оказаться сравнимыми с расстояниями
между уровнями энергии; при этом спектр системы можно считать
непрерывным.
Е. А. Юков