¿Cómo explicar la larga vida útil de los átomos de Rydberg con la regla de oro de Fermi?

Estos orbitales tienen muchos nodos orbitales ($n-1$cuando$n$es el número cuántico orbital que puede ser unas pocas centenas). Por lo tanto, las funciones de onda radial oscilan rápidamente y las contribuciones a la integral de superposición con el operador dipolar tienden a cancelarse.

De hecho, el elemento de matriz entre un estado de Rydberg externo y un estado de Rydberg más bajo es mucho más grande que el elemento de matriz entre el estado de Rydberg externo y el estado fundamental. Sin embargo, las tasas de decaimiento también dependen de la densidad de modos electromagnéticos, que depende de la frecuencia de la transición. En particular, la tasa de decaimiento$\Gamma \sim \omega^3$, por lo que las transiciones que emiten fotones de mayor frecuencia reciben más peso de este término.

Una nota es que las transiciones de los estados exteriores de Rydberg a otros estados cercanos de Rydberg, para los cuales la brecha de energía es pequeña, pueden tener fotones asociados en el infrarrojo que en realidad pueden aparecer en la radiación del cuerpo negro. De hecho, la radiación de cuerpo negro a temperatura ambiente puede estimular las transiciones entre los estados de Rydberg y puede ser el límite principal en el tiempo de vida del estado de Rydberg, en lugar de la emisión espontánea.

Para ver un gráfico que muestra las tasas de emisión espontánea y las tasas de emisión estimulada desde el nivel n=30 Rydberg a otros estados, consulte la Figura 1 de https://arxiv.org/abs/0810.0339 .