Stan podstawowy – stanukładu kwantowego charakteryzujący się najmniejsząenergią[1].
W ramach mechaniki kwantowej opartej narównaniu Schrödingera stan układu kwantowego jest traktowany jako wektor wprzestrzeni Hilberta. Wartości, jakie można otrzymać z pomiaru danej wielkości fizycznej (np. energii, pędu, położenia, spinu układu) są wartościami własnymioperatora hermitowskiego. Postać tego operatora, odpowiadającą danemu pomiarowi, znajduje się zgodnie z tzw. zasadą kwantowania. Znalezienie wartości własnych operatora dla konkretnego układu wymaga rozwiązaniarównania na wartości własne tego operatora, zapisanego w bazie wektorów przestrzeni Hilberta tego układu[2].
W szczególności, jeżeli układ kwantowy jestizolowany od otoczenialub podlega działaniusił potencjalnych, wtedy energia potencjalna układu nie zależy jawnie od czasu i zagadnienie znalezienia dozwolonych stanów energii sprowadza się do znalezienia rozwiązań równania własnego operatora Hamiltona[3]:
Równanie to jest tzw.równaniem Schrödingera niezależnym od czasu. Stany zwane stanami własnymi operatora Hamiltona, które otrzymuje się z tego równania, są stanamistanami stacjonarnymi: odpowiadający im rozkład prawdopodobieństwa nie zmienia się z upływem czasu, a energia ma stałą wartość.
Jednakże rzeczywiste układy kwantowe nigdy nie są idealnie izolowane od otoczenia. Wręcz przeciwnie, na skutek oddziaływania z innymi układami otoczenia tracą swoją energię i przechodzą do stanu podstawowego. Jednak mechanika kwantowa oparta na równaniu Schrödingera nie potrafi opisać tego w sposób ścisły[1].
Opis zjawiska emisja energii w sposób ścisły jest możliwy dopiero w ramachelektrodynamiki kwantowej (która opisuje je jako zjawisko kreacji i anihilacji cząstek). Według elektrodynamiki kwantowej każdy układ kwantowy, nawet izolowany od innych układów, oddziałuje z próżnią. Na skutek tego przechodzi on ze stanu wzbudzonego do niższych stanów energii, przy czym prawdopodobieństwo przejścia dane jest zależnością czasową:
gdzie:
W przypadku stanu podstawowego wynosi 0.
| Tło | |
|---|---|
| Koncepcje podstawowe |
|
| Doświadczenia | |
| Sformułowania | |
| Równania | |
| Interpretacje | |
| Zagadnienia zaawansowane | |
| Znani uczeni |