КВА́НТОВЫЙ ПЕРЕХО́Д

КВА́НТОВЫЙ ПЕРЕХО́Д, скач­ко­об­раз­ный пе­ре­ход кван­то­вой сис­те­мы (ато­ма, мо­ле­ку­лы, атом­но­го яд­ра, эле­мен­тар­ной час­ти­цы) из од­но­го ста­цио­нар­но­го кван­то­во­го со­стоя­ния в дру­гое, про­ис­хо­дя­щий под влия­ни­ем к.-л. взаи­мо­дей­ст­вия, при­су­ще­го час­ти­цам дан­ной сис­те­мы. Наи­бо­лее ва­жен К. п. ме­ж­ду энер­ге­тич. ста­цио­нар­ны­ми со­стоя­ния­ми, со­от­вет­ст­вую­щи­ми оп­ре­де­лён­ным зна­че­ни­ям энер­гии сис­те­мы (пред­став­ле­ние о та­ких К. п. вве­де­но Н. Бо­ром в 1913). К. п. ме­ж­ду не­ста­цио­нар­ны­ми со­стоя­ния­ми мо­гут быть опи­са­ны с по­мо­щью су­пер­по­зи­ции со­стоя­ний прин­ци­па.

В об­щем слу­чае К. п. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ам­пли­ту­дой пе­ре­хо­да, вы­ра­жаю­щей­ся че­рез эле­мен­ты мат­ри­цы рас­сея­ния; квад­рат её мо­ду­ля оп­ре­де­ля­ет ве­ро­ят­ность пе­ре­хо­да. При лю­бых К. п. вы­пол­ня­ют­ся точ­ные за­ко­ны со­хра­не­ния энер­гии, им­пуль­са, мо­мен­та им­пуль­са, элек­т­рич. за­ря­да и др. В К. п., про­ис­хо­дя­щих за счёт элек­тро­маг­нит­но­го и силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вий, вы­пол­ня­ют­ся за­ко­ны со­хра­не­ния про­стран­ст­вен­ной чёт­но­сти, за­ря­до­вой чёт­но­сти, стран­но­сти и др., ко­то­рые мо­гут на­ру­шать­ся в пе­ре­хо­дах, осуществляющихся при сла­бом взаи­мо­дей­ст­вии (см. От­бо­ра пра­ви­ла). К. п. ме­ж­ду различными ста­цио­нар­ны­ми со­стоя­ния­ми, со­про­во­ж­даю­щие­ся ис­пус­ка­ни­ем или по­гло­ще­ни­ем к.-л. час­ти­цы, на схе­мах уров­ней энер­гии при­ня­то изо­бра­жать вер­ти­каль­ны­ми или на­клон­ны­ми ли­ния­ми, со­еди­няю­щи­ми уров­ни энер­гии (их изо­бра­жа­ют го­ри­зон­таль­ны­ми ли­ния­ми), ме­ж­ду ко­то­ры­ми про­ис­хо­дит пе­ре­ход.

К. п. в ато­мах, мо­ле­ку­лах и яд­рах могут быть как из­лу­ча­тель­ны­ми, так и бе­зыз­лу­ча­тель­ны­ми. При из­лу­ча­тель­ных К. п. ме­ж­ду уров­ня­ми энер­гии $\mathscr E_i$ и $\mathscr E_k$ , $\mathscr E_i \gt \mathscr E_k$ , сис­те­ма ис­пус­ка­ет (пе­ре­ход $\mathscr E_i \to \mathscr E_k$) или по­гло­ща­ет (пе­ре­ход $\mathscr E_k \to \mathscr E_i$) квант элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния с энер­ги­ей $h \nu=\mathscr E_i- \mathscr E_k$ ($h$ – по­сто­ян­ная План­ка, $\nu$ – час­то­та из­лу­че­ния, ино­гда на­зы­вае­мая час­то­той пе­ре­хо­да). В за­ви­си­мо­сти от зна­че­ния раз­но­сти энер­гий час­то­та ис­пус­кае­мо­го (по­гло­ща­е­мо­го) из­лу­че­ния ле­жит в разл. диа­па­зо­нах шка­лы элек­тро­маг­нит­ных волн. Со­во­куп­ность из­лу­ча­тель­ных К. п. с верх­них уров­ней энер­гии на ниж­ние об­ра­зу­ет спектр ис­пус­ка­ния кван­то­вой сис­те­мы, а с ниж­них уров­ней энер­гии на верх­ние – её спектр по­гло­ще­ния. Из­лу­ча­тель­ные К. п. мо­гут быть спон­тан­ны­ми (са­мо­про­из­воль­ны­ми), не за­ви­ся­щи­ми от внеш­них воз­дей­ст­вий, и вы­ну­ж­ден­ны­ми (ин­ду­ци­ро­ван­ны­ми), про­ис­хо­дя­щи­ми под дей­ст­ви­ем внеш­не­го элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния ре­зо­нанс­ной час­то­ты $\nu=(\mathscr E_i-\mathscr E_k)/h$. Ве­ро­ят­но­сти К. п. в ато­мах и мо­ле­ку­лах при­ня­то ха­рак­те­ри­зо­вать сред­ним чис­лом пе­ре­хо­дов дан­но­го ти­па в еди­ни­цу вре­ме­ни (в 1 с). Ве­ро­ят­но­сти из­лу­ча­тель­ных (спон­тан­ных и вы­ну­ж­ден­ных) К. п. оп­ре­де­ля­ют­ся Эйн­штей­на ко­эф­фи­ци­ен­та­ми и мо­гут быть рас­счи­та­ны ме­то­да­ми кван­то­вой ме­ха­ни­ки и кван­то­вой элек­тро­ди­на­ми­ки.

При бе­зыз­лу­ча­тель­ных К. п. из­ме­не­ние энер­гии кван­то­вой сис­те­мы про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те её взаи­мо­дей­ст­вия с др. кван­то­вы­ми сис­те­ма­ми, напр. в га­зах – при столк­но­ве­ни­ях ато­мов или мо­ле­кул с др. ато­ма­ми или мо­ле­ку­ла­ми, в жид­ко­стях или кри­стал­лах – при взаи­мо­дей­ст­вии со­став­ляю­щих их час­тиц с бли­жай­шим ок­ру­же­ни­ем. По­ми­мо вы­ну­ж­ден­ных бе­зыз­лу­ча­тель­ных К. п. воз­мож­ны спон­тан­ные бе­зыз­лу­ча­тель­ные К. п., при ко­то­рых про­ис­хо­дит рас­пад сис­те­мы на час­ти, напр. ав­то­ио­ни­за­ция ато­ма (оже-эф­фект) или пре­дис­со­циа­ция мо­ле­ку­лы. Та­кие про­цес­сы воз­мож­ны в том слу­чае, ко­гда энер­гия сис­те­мы боль­ше энер­гии, не­об­хо­ди­мой для её рас­па­да.

К. п. про­ис­хо­дят так­же при ра­ди­ац. рас­па­дах ад­ро­нов. В рам­ках со­став­ной квар­ко­вой мо­де­ли ад­ро­нов та­кие рас­па­ды со­от­вет­ст­ву­ют пе­ре­хо­ду ме­ж­ду уров­ня­ми энер­гии свя­зан­ной сис­те­мы квар­ков с ис­пус­ка­ни­ем фо­то­на.