由上可知,微扰导致干涉,而最后一节我们会看到,干涉就是引起跃迁根本原因。根据已知的本征态波函数和上面的含时相位关系,我们依次计算出不同能级干涉状态下的演化波函数。为了方便观察,我们将其做成了动画的形式(下图作者版权所有),依次列举如下:
4.1 态 l=0 和 l=1, ml=0 的干涉:
不难发现,这描述的是一个概率波沿着z轴振荡的电子。其振荡频率就等于两个能级之差(除以hbar)。考虑到电子带负电,原子核带正电,原子核不动,因此这就是一个振荡的偶极子。显然,该偶极子能够释放或者吸收一个线偏振光子。这就形象描述了一个从l=0到l=1,delta l=1这么一个跃迁过程中,电子波函数的演化过程。
5. 偶极子跃迁选择定理
由上分析,我们不难得到著名的偶极子跃迁选择定理(selection rule):
这也就是偶极子跃迁能发生的条件。从上面的动画,我相信大家此刻都对这么一条抽象的定理有了更为形象和深刻的理解:因为只有满足这些条件的跃迁,才会干涉出有效的振荡偶极子。其一般性可以从偶极子的空间对称性中得到证明。
6. 多极子的跃迁[3]
上面4.3,4.4,和4.5(3)所述之情态是否就完全无法辐射光子了呢?答案是否定的。这些非偶极子的电荷分布完全可能发射出四极子,八极子甚至更高数目极子的辐射,详细的说明可以参考jackson的关于偶极展开这部分内容。只不过这些多极子的强度将大大小于偶极子(每一级约为1000倍)。在存在偶极子跃迁的系统中,我们观察到的吸收主要来自于偶极子。
例如关于四极子,我们也有对应的允许/禁闭条件:
这也就是说,类似4.3的情况,将会存在四偶极子振荡;类似4.4的情况,将会存在八偶极子。类似4.5(3)的情况,因为既不满足偶极子又不满足四极子或更高极子的条件,因此不会有任何辐射,也就不会和对应的光子发生任何耦合(4.5(3)的形状也的确够扭曲的)。
7. 跃迁
在电磁场对原子体系进行扰动的过程中,电子云的相关各态之间发生了干涉。在做图的时候,我们假定了a,b系数恒定。这是不符合事实全貌的,但却是合理的,因为外加扰动的振荡频率应该远小于电子波函数本身的演化频率(或者说,电磁波的能量小于电子所在能态的能量)。因此,上文给出的演化情态在扰动过程中来看,是符合事实的
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