Метастабильное состояние в квантовых системах - состояние с временем жизни (т), много
большим характерного времени жизни возбуждённых состояний
атомной
системы. Обычно ме-тастабильными считают возбуждённые состояния, из-лучательные
(радиационные), переходы из к-рых в др. состояния запрещены строгими отбора
правилами. Метастабильные состояния отличаются типом переходов, к-рые для них возможны: магн.
дипольный, электрич. квадрупольный, двух-фотонный (см. Многофотонные процессы)и
др. переходы.
Метастабильные состояния, для к-рых возможны магн. дипольные переходы,
обычно представляет собой возбуждённую компоненту тонкой или сверхтонкой структуры
осн. состояния. Классич. примером является состояние, соответствующее компоненте
сверхтонкой структуры уровня 1S1/2 атома H с полным моментом
Радиолиния 21 см, возникающая при переходе из этого состояния, играет фундам.
роль в совр. радиоастрономии и оптических стандартах частоты.
Типичные метастабильные состояния, для к-рых возможны электрич.
квад-рупольные квантовые переходы,- возбуждённые состояния 1S и 1D в конфигурациях р2 и р4,
а также 2P и 2D в конфигурации р3. Спектральные линии, соответствующие переходам из этих состояний, наблюдаются
в планетарных туманностях и используются для диагностики электронной плотности
и температуры в них.
Метастабильные состояния, для к-рых возможны двухфотонные переходы,-
возбуждённые состояния, однофотонный переход из них в нижележащие состояния
запрещён. Напр., уровни 2s в атоме H и водородоподобных ионах, ls22s1S0
в Не и гелиеподобных ионах.
Одно из самых долгоживущих метастабильных состояний - состояние 1s2s3S1;
в Не и гелиеподобных ионах электрич. дипольные и электрич. квадрупольные переходы
из них строго запрещены, а магн. дипольные и двухфотонные переходы сильно подавлены.
Наиб, вероятен релятивистский магн. дипольный переход. Для Не радиац. время
жизни в этом состоянии
и
быстро уменьшается с ростом кратности иона
Спектральные
линии, соответствующие переходам из этих состояний, используются для диагностики
электронной плотности в солнечной короне. M. с. 1s2s1S0
и 1s2s3S1 Не играют важную
роль в создании инверсии населённостей в Не - Ne - лазере и лазерах на парах
металлов.
Для молекул возможны вращат. и колебательные метастабильные состояния.
Однако времена жизни таких состояний в условиях, обычно достигаемых в лаборатории,
значительно превосходят времена вращат. и колебат. релаксации молекул, поэтому
переход из возбуждённых метастабильных состояний происходит при столкновениях молекул. В то же
время в сверхразреженной межзвёздной среде, где времена свободного пробега молекул
иногда достигают неск. лет, молекулы в метастабильных состояниях живут долго. В частности, вращат.
уровни энергии с К = J осн. колебат. состояния молекул типа симметричного
волчка (напр., аммиак), вследствие правила отбора AK = 0 являются M.
с. В результате центробежного искажения молекулы при вращении для переходов
с
(группа С3v
или D3h) запрет ослабляется. Времена жизни таких
метастабильных состояний составляют от неск. часов до неск. лет. Если молекула имеет центр инверсии
(напр., CO2), то все вращат. уровни и первый возбуждённый колебат.
g-уровень (если ниже нет u-уровня) являются метастабильными состояниями, т. к. из таких состояний
возможны только квадрупольные переходы или переходы более высокой мультипольности.
Для изучения межзвёздной среды представляет интерес M. с. полносимметричного
колебания v иона
В этом случае из состояний nv1 возможны переходы: 1)
(где
v2-активное колебание) - вследствие энгармонизма, 2)
-
вследствие колебательно-вращат. взаимодействия, 3) квадрупольные переходы.
M. P. Алиев
|
|
 |
