En esta pregunta sobre la absorción de energías continuas por estados atómicos discretos, una de las razones dadas para explicar el ancho de las líneas espectrales es el principio de incertidumbre ( ensanchamiento natural ): la desintegración de un electrón desde un estado excitado emite un fotón con una energía incierta. (hasta que se observe) dentro de un cierto rango.
Para respetar la conservación de la energía, ¿eso significa que los niveles de energía de los estados fundamentales y/o excitados en un átomo también tienen incertidumbre (y, por lo tanto, un rango continuo de energías posibles para cada nivel, en lugar de un valor de energía único)? Como el electrón puede decaer entre dos estados excitados, no necesariamente al estado fundamental, esperaría que eso sea al menos cierto para los estados excitados.
Sin embargo, esta página proporciona valores de energía para el suelo y los primeros estados excitados del electrón de hidrógeno sin ningún rango: no estoy seguro si eso significa que no hay rango (y, por lo tanto, no hay incertidumbre), o si simplemente no hay necesidad de indicarlo (no es útil, se puede calcular a partir de la teoría, ...).
Wikipedia afirma que tanto los estados fundamentales como los excitados son estados cuánticos, pero no sé si eso necesariamente implica que todas las "propiedades" asociadas están sujetas a incertidumbre.
Sí, los estados excitados tienen una vida finita. debido a la emisión espontánea y, por lo tanto, una incertidumbre energética (ancho de línea) dada aproximadamente por / . Eso es exactamente lo que significa el ensanchamiento natural. El estado fundamental atómico no puede decaer a un estado de menor energía (tiene un tiempo de vida infinito), por lo que no hay incertidumbre energética. Presumiblemente, la página que vinculó cita valores para las energías de hidrógeno que se derivan asumiendo un átomo aislado, es decir, sin campo electromagnético. Si también incluye el campo EM en su modelo, entonces es posible calcular la vida útil de los estados excitados y, por lo tanto, su ancho de línea natural.
Para caracterizar la energía de un estado con precisión, necesita monitorearlo durante un tiempo infinitamente largo. Puede mostrar esto fácilmente para una partícula libre descrita por una onda plana, pero aunque no conozco una explicación fácil, también es cierto para estados más complicados como las funciones de onda atómica.
Entonces, si excitas un átomo desde el estado fundamental a un estado excitado, no conoces la energía de ninguno de los estados precisamente porque ninguno de los estados dura un tiempo infinitamente largo. Sin embargo, el estado fundamental generalmente dura mucho más que el estado excitado, por lo que normalmente es seguro tomar el estado fundamental como exacto y solo preocuparse por la incertidumbre en el estado excitado. Esto significa que la energía del fotón absorbido tendrá cierta variabilidad, al igual que la energía del fotón emitido cuando el átomo se relaje. Sin embargo, la energía de los fotones absorbidos y emitidos será la misma en una muy buena aproximación.
El principio de incertidumbre está involucrado porque la incertidumbre en la energía está relacionado con el tiempo de vida del estado excitado por la forma energía-tiempo del principio de incertidumbre :
bueytaz