Wie genau muss die Wellenlänge des Lichts sein, um von einem Atom absorbiert zu werden? [Duplikat]

Ich werde versuchen, die Kommentare in einen etwas umfassenderen Kontext zu stellen. Wenn ein Atom ein Photon oder Energiepaket absorbiert, macht das Elektron einen Übergang von einem niedrigeren (Energie-) Zustand (normalerweise "Grundzustand") in einen angeregten Zustand. Ein angeregter Zustand ist nicht stabil, das heißt, das Atom wird nicht in diesem (Energie-)Zustand bleiben, einfach aus Gründen der Energieminimierung. Daher wird die Energie emittiert. Dies ist kein instantaner Vorgang, dh es dauert einige Zeit, bis die Energie abgegeben wird. Diese Zeit wird als Lebensdauer des angeregten (Energie-)Zustands bezeichnet. Dies kann mit der Heisenbergschen Unschärferelation kombiniert werden:

$\Delta E\cdot\Delta \tau >= \hbar/2$

$\Delta E = \frac{\hbar}{2\Delta\tau}$

($\tau$= Lifte-Zeit,$\Delta E$Energie "Breite")

Dies sagt uns, dass die Energie des angeregten Zustands eine bestimmte "Breite" hat, die als natürliche Linienbreite bezeichnet wird. Die Energie eines absorbierten Photons kann geschrieben werden als$E=hf$. Daher kann die Energiebreite unseres angeregten Zustands in eine Frequenzunschärfe umgewandelt werden$\Delta E = h\Delta f, \Delta f = \frac{\hbar}{h\Delta\tau}$. Dies impliziert nicht nur, dass der angeregte Zustand eine bestimmte Breite hat. Es sagt uns auch, dass unsere Übergangsfrequenz schwanken kann$\Delta f$und wir können immer noch den Übergang machen.

So sehen wir auch, was in den Kommentaren erwähnt wurde: Wenn unser angeregter Zustand stabil war (unendliche Lebensdauer), dann breitet sich unsere Frequenz aus$\Delta f = 0$und Sie müssen die Frequenz genau anpassen.

Wie Jon Custer in einem Kommentar sagte, lautet die Antwort „es kommt darauf an“.

Für ein vollkommen kaltes Atom, das von allen anderen Atomen / Wechselwirkungen entfernt hängt und sich "ewig" in einem bestimmten Zustand befindet, wäre die Linienbreite des Übergangs tatsächlich extrem schmal.

Aber für ein echtes Atom, in einem Gas, ist die Linienbreite endlich. Das Phänomen der spektralen Verbreiterung kann verwendet werden, um Dinge wie Temperatur und Druck von Gasen in fernen Sternen zu bestimmen, und ist der Grund, warum das Licht bestimmter "Hochdruck-Natrium" -Lampen weißer aussieht, während die Niederdruck-Version "ziemlich gelb" ist. .

Laut dem verlinkten Artikel hängt die natürliche Linienbreite von der Lebensdauer des Übergangs ab - wenn diese in der Größenordnung liegt$10^{-8}~\rm{s}$, die Linienbreite liegt in der Größenordnung von$10^{-7}~\rm{eV}$. In einem Hochdruckgas verkürzen häufige Kollisionen die Lebensdauer des Übergangs und verursachen eine erhebliche Linienverbreiterung; ähnlich wird die Doppler-Verschiebung (aufgrund der Geschwindigkeit des Atoms relativ zum Beobachter) eine temperaturabhängige Linienverbreiterung verursachen, mit der größten Wirkung für die leichtesten Atome (z. B. Wasserstoff), die bei einer gegebenen Temperatur die höchste Geschwindigkeit haben. Die Verbreiterung der Dopplerlinie ist gegeben durch

Eine ausführlichere Analyse finden Sie unter diesem Link