Meine ganze Erfahrung mit Lehrbuchproblemen der Quantenmechanik zeigt, dass die mit den gebundenen Zuständen eines begrenzten Quantensystems verbundenen Energieniveaus diskret und scharf sind. Zum Beispiel die Energieniveaus des Wasserstoffatoms. Warum sagt man dann, dass angeregte Zustände eines Atoms eine Energiebreite haben? Woher kommt die Breite? Diese Tatsache stimmt nicht mit den mir bekannten Beispielen aus der Quantenmechanik überein. Wenn diese Frage schon einmal gestellt wurde, kann jemand die Links geben?
Abgesehen von der Doppler-Verbreiterung und den anderen praktischen Hauptgründen für die Linienverbreiterung besteht der grundlegende Grund darin, dass das angeregte Atom an alle Moden des EM-Felds gleichermaßen gekoppelt ist oder zumindest ein extrem breites Frequenzband von gekoppelten Moden vorhanden ist.
Das Atom "versucht" also, seine überschüssige Energie in alle Moden einzukoppeln. Dabei behindert destruktive Interferenz den Prozess für Moden, die einen großen Frequenzabstand von der durch die Energielücke definierten Mittenfrequenz aufweisen. Wenn Sie diese Breitbandkopplung mathematisch modellieren und eine wirklich gleiche Kopplung zu allen Moden gleichzeitig annehmen, erhalten Sie eine Lorentz-Linienform, deren Breite proportional zur Kopplungsstärke ist. Diese Lorentzsche Linienbreite ist im Vergleich zu den anderen, "praktischeren" Gründen, die ich oben erwähnt habe, tendenziell schmaler. Ich zeige, wie man diese Berechnung in meiner Antwort hier durchführt . Dies ist die wesentliche Wigner-Weisskopf-Theorie . Die Übergangsrate, die proportional zur Frequenzlinienbreite ist, berechnet nach einer Fermi-Golden-Regel-Berechnung, ist gegeben durch:
mit die Feinstrukturkonstante ist, die Mittenfrequenz und ist die Überlappung zwischen den beiden elektronischen Zuständen auf beiden Seiten des Übergangs.