Ich habe einige Probleme, die Literatur bezüglich der Existenz gebundener angeregter Zustände im Wasserstoffanion H zu enträtseln .
Wikipedia behauptet, dass es keine solchen Staaten gibt und dass das Thema unumstritten ist, und erklärt dies
H ist ungewöhnlich, weil es in seiner freien Form keine gebundenen angeregten Zustände hat, wie 1977 endgültig bewiesen wurde (Hill 1977)
und zitieren
Es gibt eine ähnliche weitere Arbeit von Hill,
was die Arbeit erweitert, um die endliche Masse des Protons zu berücksichtigen.
Auf der anderen Seite, bei der Suche nach den am häufigsten zitierten Artikeln, die sich auf die ursprüngliche Berechnung der Grundzustandsenergie von Bethe [ Z. Phys. 57 , 815 (1929) ], stieß ich auf die Rezension
was eine ganz andere Geschichte erzählt. In §4.1 stellt Andersen über das Wasserstoffanion Folgendes fest:
Das H Ion hat zwei gebundene Zustände: den Boden Staat und die doppelt aufgeregt Zustand. Letzteres wurde bis heute nicht beobachtet. Es wurde vor fast 40 Jahren rechnerisch vorhergesagt und seine Energie wiederholt berechnet, zuletzt und sehr genau von Bylicki und Bednarz [273]. Es besteht kein Zweifel an seiner Existenz, aber das experimentelle Nichterscheinen hängt mit dem Fehlen eines Anfangszustands zusammen, von dem aus es erreicht werden kann [273].
Nach der gekickten Dose runter zu Bylicki und Bednarz,
es gibt weitere selbstbewusste Aussagen, dass es den Staat gibt,
Das H Ion hat nur zwei gebundene Zustände: den Boden Staat und die doppelt aufgeregt . Ersteres wurde sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Für Referenzen siehe neuere Arbeiten von Drake, Cassar und Nistor [1] und Sims und Hagstrom [2], in denen die Grundzustandsenergie mit extrem hoher Präzision berechnet wurde. Der andere gebundene Zustand von H , , wurde bis heute nicht beobachtet. Es wurde vor fast 40 Jahren rechnerisch vorhergesagt [3]. Seine Energie wurde wiederholt berechnet [4–8] und es gibt keinen Zweifel an seiner Existenz. Das Problem seines experimentellen Nichterscheinens ist auf das Fehlen eines Anfangszustands zurückzuführen, von dem aus es erreicht werden könnte.
sowie Links zu einer großen Anzahl von Referenzen, die daran arbeiten, die Genauigkeit der theoretischen Berechnung der Energie dieses vermuteten angeregten Zustands des Systems zu erhöhen – einige davon vor Hills Arbeit von 1977, aber auch einige von ihnen Jahre oder Jahrzehnte später dieser Veröffentlichung, also sollten sie sich der Theoreme in dieser Arbeit bewusst sein, die zeigen, dass ihre Berechnungen unmöglich sind. Und doch scheint dieser Referenzcluster kaum oder gar keine Verweise auf Hills Papiere zu enthalten.
Nun zu meiner Frage: Was ist hier los?
Hier geht etwas Lustiges vor, aber ich kann nicht glauben, dass die Leute, die hier schreiben, die andere Seite nicht kannten, also nehme ich an, dass es einen Aspekt der Diskussion gibt, der als "offensichtlich" angesehen und nicht zu explizit erwähnt wird, und ich würde gerne besser verstehen was das ist.
Eine vernünftige Antwort wird gegeben
wobei Rau wie folgt erklärt:
Von besonderem Interesse unter den Staaten ist der niedrigste von Symmetrie, beschrieben in Begriffen unabhängiger Elektronen als . Dies ist unterhalb der gebunden Schwelle mit ca . Das einzige Ein-Elektronen-Kontinuum bei diesem Energiewesen die mit Quantenzahlen keinen Zustand bilden können , diesem Zustand ist die Autoionisierung verboten. Es kann nur in dieses Kontinuum zerfallen, indem es gleichzeitig mit dem Elektron auch ein Photon ausstrahlt, wobei diese beiden Teilchen die überschüssige Energie teilen (Drake 1973).
Mit anderen Worten, die Energie der Zustand, wie von Bylicki und Bednarz berechnet, ist strikt darunter , das ist die minimale Energie, die benötigt wird, um zum zu gelangen oder Zustände von neutralem Wasserstoff, gekoppelt mit einem freien Elektron, so dass Kontinuum energetisch nicht verfügbar ist.
Stattdessen ist das einzig verfügbare Kontinuum die Kontinuum, dh ein neutraler Wasserstoff im Boden Zustand mit einem freien Elektron gekoppelt. Da diese energetisch verfügbar ist (mit dem Kontinuum ab ), Die Zustand könnte im Prinzip autoionisierend sein , dh er könnte im Prinzip spontan in Zustände in diesem Kontinuum fliegen. Damit dies jedoch direkt geschieht, muss der relevante Kontinuumszustand die gleichen Quantenzahlen ( , dh ein Triplett Zustand, Gesamtdrehimpuls von , und sogar Parität unter räumlicher Inversion) und dies ist nicht mehr möglich.
Daraus folgt, dass, wenn das betrachtete Universum nur aus dem Proton und den beiden Elektronen besteht, dieser Zustand stabil ist: er ist quadratintegrierbar und ein Eigenzustand des Hamiltonschen. Wenn Sie das System in diesem Zustand vorbereiten, bleibt es auf unbestimmte Zeit dort. Wenn Sie beliebige (kleine) Störungen hinzufügen, verschiebt es sich leicht, bleibt aber dort. (Mit anderen Worten, es ist kein autoionisierender Zustand.)
Die reale Welt enthält jedoch mehr als nur zwei Elektronen und ein Proton, und insbesondere enthält sie das elektromagnetische Feld. Dies eröffnet die Möglichkeit strahlender Übergänge:
Die Verfügbarkeit von Strahlungszerfall bedeutet, dass dieser gebundene Zustand nicht wirklich stabil ist, daher wird er besser als metastabiler gebundener Zustand bezeichnet. (Dies wird in der Literatur verwendet ─ vgl. R. Jáuregui & CF Bunge, J. Chem. Phys. 71 , 4611 (1979) .) Die Frage, ob der gebundene Zustand "existiert", ist jedoch letztendlich ziemlich subjektiv, und hängt davon ab, was diese Begriffe bedeuten sollen und wie Ihre Toleranz gegenüber Strahlungsübergängen von diesem Zustand nach unten ist.
In diesem Sinne ist die Staat ist ähnlich, sagen wir, der Zustände von neutralem Wasserstoff, der ebenfalls durch Strahlung in andere Zustände zerfällt. Allerdings ist die Zustand H scheint in der Atomphysik ziemlich einzigartig zu sein, da es sich um einen einzigen und isolierten stabilen gebundenen Zustand in Abwesenheit von Strahlungsübergängen handelt, aber ihre Einführung ermöglicht es ihm, in einen Kontinuumszustand zu zerfallen.
Also, was hat es mit Hill [1,2] auf sich? Bedeuten die rigorosen numerischen Variationsrechnungen von Drake bis Bylicki und Berdnarz, dass es ein Problem mit dem Theorem gibt? Ich neige dazu zu sagen, dass es kein Problem gibt, insbesondere weil Hill selbst das rezensiert Arbeit (in Phys. Rev. A 41 , 1247 (1990) ), ohne es überhaupt problematisch zu finden:
Das H Ion hat auch einen echt gebundenen (quadratisch integrierbaren) doppelt angeregten Zustand, den Zustand unnatürlicher Parität, eingebettet in das natürliche Paritätskontinuum; somit ist dieser Zustand innerhalb seines Symmetrie-Unterraums diskret.
Soweit ich den Theorem von Hill verstehen kann, beruhen seine Methoden ausschließlich darauf, das globale Spektrum im Auge zu behalten, was bedeutet, dass er gebundene Zustände ausschließlich als Punkt-Eigenwerte versteht, die von jedem Kontinuum isoliert sind, und dies tritt aus Zustand, wie es in eingebettet ist Kontinuum. Soweit ich das beurteilen kann, können Hills Methoden nicht wirklich sagen, dass es eine Paritätsauswahlregel gibt, die Übergänge zu diesem Kontinuum verbietet, sodass ihre Schlussfolgerungen mit der Existenz eines gebundenen Zustands in einem davon abgeschnittenen Hilbert-Raum-Sektor kompatibel sind Kontinuum.
(Darüber hinaus gibt es zusätzliche strenge Arbeit an der Sektor [H. Grosse & L. Pittner, J.Math. Phys. 24 , 1142 (1983) ], was zeigt, dass es tatsächlich nur einen gebundenen Zustand innerhalb dieses Unterraums der "unnatürlichen Parität" gibt.)
Bedeutet das, dass es streng genommen nur einen gebundenen Zustand gibt oder dass es zwei gibt? Nun, wie oben hängt es davon ab, was Ihnen wichtig ist, wenn Sie eine genaue Definition des "gebundenen Zustands" geben.
Nun endlich: Gibt es diesen Zustand in der realen Welt der Experimente tatsächlich ?
Jon Kuster
Jon Kuster
Emilio Pisanty