Атомный резонанс. Опыты на кухне⁠⁠

Есть ли у пламени тень и почему? Бывает ли огонь тёмным? Можно ли ставить эксперименты по квантовой физике прямо у себя дома?

Излучение атома на резонансных частотах возникает при переходе электронов с высокого энергетического уровня на низкий.

Спектр излучения возбужденного атома состоит из отдельных линий, соответствующих переходам электронов между разными энергетическими уровнями.

Получить избыток энергии, необходимой для перехода электрона на более высокий уровень, атом может, например, взаимодействуя с окружающими его свободными электронами.

Такие условия существуют в среде, называемой плазмой. Плазма состоит из положительно заряженных ионов и перемещающихся между ними электронов. Подобное состояние вещества возникает, например, под действием электрического тока в разряженном газе внутри газоразрядной лампы. Другой пример - пламя свечи или газовой горелки.

В таких условиях положительный ион время от времени сталкивается с отрицательно заряженным электроном и происходит образование нейтрального возбужденного атома, в котором электрон обладает избытком энергии.

При переходе электрона на уровни с меньшей энергией происходит излучение фотона – кванта электромагнитного поля, уносящего энергетическую разницу между этими уровнями.

Набор частот и, соответственно, энергий, таких фотонов специфичен для разных атомов.

Атомы могут не только излучать энергию на резонансных частотах, но и поглощать электромагнитное излучение, частота которого соответствует одной из резонансных частот.

При таком поглощении происходит обратный процесс – возбуждение нейтрального атома, то есть переход электрона в нем на более высокий энергетический уровень. Именно на это расходуется энергия поглощенного кванта электромагнитного излучения - фотона.

Если никакие дополнительные факторы не препятствуют сбросу излишка энергии, то через небольшое время, порядка наносекунд, электрон в возбужденном атоме возвращается на стабильный уровень, что сопровождается излучением на резонансной частоте.

На видео по ссылке смотрите эксперимент с излучением и поглощением энергии на резонансных частотах атомов натрия.