Nichtstationäre Zustände – Übergänge

 
 

Die meisten stationären Zustände sind labile Gleichgewichtszustände. Die kleinste Störung genügt, um einen Übergang des Atoms in einen anderen stationären Zustand mit niedrigerer Energie einzuleiten. Nur der Zustand mit der niedrigsten Energie, der Grundzustand, ist stabil.

Die Elektroniumdichte ändert sich während des Übergangs, sie ist zeitabhängig. Man berechnet sie, indem man in Mühle 2 die Psi-Funktion des Anfangszustands und die des Endzustands hineinsteckt. Einige Ergebnisse zeigen die folgenden Animationen. Man erkennt zwei Tendenzen:

– Das Elektronium macht eine schnelle Schwingungsbewegung.
– Die Elektroniumverteilung des Ausgangszustands verformt sich langsam in die des
   Endzustands.

Es gibt schnelle und langsame Übergänge. Ein schneller Übergang dauert etwa 10 Nano-sekunden. Das Elektronium macht in dieser Zeit etwa 10 000 000 Schwingungen. Die Schwingungsdauer beträgt etwa 2 Femtosekunden.

 

Übergang (2/1/0) (1/0/0)
Aus dem Vorgang, der 10 000 000 Perioden dauert, werden 6 kleine Ausschnitte ausgeblendet, und zwar nach Ablauf von 0%, 20%, 40%, 60%, 80% und 100% des Übergangs.

Schnelle Übergänge

Übergang (2/1/0) (1/0/0)
Mit einem stroboskopischen Verfahren kann man den ganzen Übergang sichtbar machen.

Übergang (2/1/0) (1/0/0)
Die Dichteverteilung wurde in zwei Anteile zerlegt. Der Anteil links oben entspricht der stetigen Verformung des (2/1/0)-Zustandes in den (1/0/0)-Zustand. Der Anteil links unten stellt die Schwingung dar. Die vollständige Dichteverteilung rechts ist die Summe aus den beiden links. Im Bild links unten bedeutet rot positiv und blau negativ (eine positive bzw. negative Abweichung von der Verteilung links oben). Die elektrische Ladung schwingt wie bei einer Dipolantenne.

Übergang (12/5/1) (10/6/1)
Anfangs- und Endzustand entsprechen einer hohen Anregung.

Langsame Übergänge

Übergang (4/3/1) (2/1/0)
Die elektrische Ladung schwingt wie bei einer Quadrupolantenne (zwei Dipolantennen, die nebeneinander stehen und im Gegentakt schwingen).

Übergang (4/3/0) ➡ (2/1/0)
Ein anderer Quadrupolübergang in 3D-Darstellung

Übergang (2/0/0) (1/0/0)
Der Zustand ist nicht-stationär, aber es findet kein Übergang statt.
Elektrische Ladung, die so schwingt, erzeugt keine elektromagnetische Welle. 

Zirkular polarisiertes Licht

Bei den oben betrachteten Übergängen entsteht linear polarisiertes Licht. Der Vektor der elektrischen Feldstärke schwingt in einer einzigen Richtung. Bei den folgenden Übergängen wird zirkular polarisiertes Licht erzeugt. Der Feldstärkevektor dreht sich wie ein Uhrzeiger um die Laufrichtung der Welle.

Übergang (2/1/1) (1/0/0)
Querschnitt durch die Verteilung

Übergang (2/1/1) (1/0/0)
Angeschnittene 3D-Darstellung

Übergang (2/1/1) (1/0/0)
Zerlegung in Übergang und Schwingung