Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

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.M. с. отличаются типом переходов, к-рые для них возможны: магн. дипольный, электрич. квадрупольный, двух-фотонный (см. Многофотонные процессы )и др. переходы.

M. с., 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 1S_1/2 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 M. с., 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 р ³. Спектральные линии, соответствующие переходам из этих состояний, наблюдаются в планетарных туманностях и используются для диагностики электронной плотности и темп-ры в них.

M. с., 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 M. с.- 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 населённо-стей в Не - Ne - лазере и лазерах на парах металлов.

И. Л. Бейгман.

Для молекул возможны вращат. и колебат. M. с. Однако времена жизни таких состояний в условиях, обычно достигаемых в лаборатории, значительно превосходят времена вращат. и колебат. релаксации молекул, поэтому переход из возбуждённых M. с. происходит при столкновениях молекул. В то же время в сверхразреженной межзвёздной среде, где времена свободного пробега молекул иногда достигают неск. лет, молекулы в M. с. 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 С_3v или D_3h )запрет ослабляется. Времена жизни таких M. с. 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 M. с., 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.