Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Атомдық физикада қараңғы күй – фотондарды сіңіре алмайтын (немесе шығара алмайтын) атомның немесе молекуланың күйі. Барлық атомдар мен молекулалар кванттық күйлермен сипатталады; әртүрлі күйлер әртүрлі энергияға ие болуы мүмкін, ал жүйе бір немесе бірнеше фотондарды шығарып немесе сіңіріп, бір энергия деңгейінен екінші деңгейге өтуі мүмкін. Дегенмен, кез келген күйлер арасындағы барлық өтулерге рұқсат берілмейді. Түсетін фотонды сіңіре алмайтын күй қараңғы күй деп аталады. Бұл энергия деңгейлері арасындағы өтулерді туындату үшін лазерлік сәуле қолданылатын тәжірибелерде кездесуі мүмкін, онда атомдар лазерлік сәулемен байланыстырылмаған күйге спонтанды түрде ыдырай алады, бұл атомның осы күйден жарық сіңіруіне немесе шығаруына кедергі келтіреді. Қараңғы күй үш деңгейлі жүйедегі кванттық интерференцияның нәтижесі болуы мүмкін, яғни атом екі күйдің когерентті суперпозициясында болғанда, олардың екеуі де дұрыс жиіліктегі лазерлермен үшінші күйге байланыстырылады. Жүйе екі күйдің белгілі бір суперпозициясында болғанда, фотонды сіңіру ықтималдығы 0-ге жуықтап, екі лазерге де қараңғы бола алады.
In atomic physics, a dark state refers to a state of an atom or molecule that cannot absorb (or emit) photons. All atoms and molecules are described by quantum states; different states can have different energies and a system can make a transition from one energy level to another by emitting or absorbing one or more photons. However, not all transitions between arbitrary states are allowed. A state that cannot absorb an incident photon is called a dark state. This can occur in experiments using laser light to induce transitions between energy levels, when atoms can spontaneously decay into a state that is not coupled to any other level by the laser light, preventing the atom from absorbing or emitting light from that state. A dark state can also be the result of quantum interference in a three level system, when an atom is in a coherent superposition of two states, both of which are coupled by lasers at the right frequency to a third state. With the system in a particular superposition of the two states, the system can be made dark to both lasers as the probability of absorbing a photon goes to 0.
Іс жүзінде
Атомдық физикадағы тәжірибелер көбінесе белгілі бір жиілікті лазермен жүргізіледі (яғни фотондардың белгілі бір энергиясы болады), сондықтан олар белгілі бір энергиясы бар күйлер жиынтығын, сол энергияға ие басқа күйлер жиынтығымен ғана байланыстырады. Дегенмен, атом әртүрлі жиілікті фотон шығару арқылы үшінші күйге спонтанды түрде ыдырай алады. Атомның энергиясы бар жаңа күйі лазермен өзара әрекеттеспейді, себебі осы күйге көшуді тудыратын қажетті жиілікті фотондар жоқ. Іс жүзінде, "қараңғы күй" термині қолданылатын лазер арқылы қолжеткізілмейтін күйді білдіреді, тіпті осы күйден көшулер қағидат бойынша мүмкін болса да.
Experiments in atomic physics are often done with a laser of a specific frequency (meaning the photons have a specific energy), so they only couple one set of states with a particular energy to another set of states with an energy However, the atom can still decay spontaneously into a third state by emitting a photon of a different frequency. The new state with energy of the atom no longer interacts with the laser simply because no photons of the right frequency are present to induce a transition to a different level. In practice, the term dark state is often used for a state that is not accessible by the specific laser in use even though transitions from this state are in principle allowed.
Теориялық тұрғыдан
Бір күйден екінші күйге өтуге рұқсаттылық, көбінесе атом мен жарық арасындағы өзара әрекеттесуді сипаттау үшін қолданылатын модельдің толықтығына байланысты. Әрбір модельге сәйкес, қай өтулерге рұқсат етіледі және қайларына рұқсат етілмейді екенін анықтайтын таңдау ережелері жиынтығы туындайды. Көбінесе бұл таңдау ережелерін бұрыштық импульстің сақталу принципіне (фотонның бұрыштық импульсі болады) дейін тоғытуға болады. Көп жағдайда біз тек фотонның электр дипольдік өрісімен әрекеттесетін атомды қарастырамыз. Сонда кейбір өтулерге мүлдем рұқсат берілмейді, ал басқалары тек белгілі бір поляризациялы фотондар үшін ғана рұқсатты болады. Мысалы, сутек атомын қарастырайық. mj=1/2 күйінен mj=1/2 күйіне өту тек z ось (квантизация осі) бойымен поляризацияланған жарыққа ғана рұқсат етіледі. Сондықтан mj=1/2 күйі басқа поляризациялы жарық үшін «қарғалы» болып көрінеді. 2S деңгейінен 1S деңгейіне өтуге мүлдем рұқсат жоқ. 2S күйі бір фотон шығару арқылы негізгі күйге ыдырамайды. Ол тек басқа атомдармен соқтығысу арқылы немесе бірнеше фотон шығару арқылы ғана ыдырай алады. Бұл оқиғалардың сирек болуына байланысты, атом осындай қозған күйде ұзақ уақыт бойы қалуы мүмкін, мұндай қозған күй – метатұрақ күй деп аталады.
Whether or not we say a transition between a state and a state is allowed often depends on how detailed the model is that we use for the atom light interaction. From a particular model follow a set of selection rules that determine which transitions are allowed and which are not. Often these selection rules can be boiled down to conservation of angular momentum (the photon has angular momentum). In most cases we only consider an atom interacting with the electric dipole field of the photon. Then some transitions are not allowed at all, others are only allowed for photons of a certain polarization. Consider for example the hydrogen atom. The transition from the state with mj= 1/2 to the state with mj= 1/2 is only allowed for light with polarization along the z axis (quantization axis) of the atom. The state with mj= 1/2 therefore appears dark for light of other polarizations. Transitions from the 2S level to the 1S level are not allowed at all. The 2S state can not decay to the ground state by emitting a single photon. It can only decay by collisions with other atoms or by emitting multiple photons. Since these events are rare, the atom can remain in this excited state for a very long time, such an excited state is called a metastable state.