Базовое состояние
Основное состояние в квантово - механической или квантово - полевой теоретической системы является ее состояние с наименьшей возможной энергии (см также уровень энергии ).
Квантовая механика
Основное состояние системы всегда стабильно, поскольку нет состояния с более низкой энергией, в которое она могла бы перейти ( распад ). Система в состоянии с более высокой энергией ( возбужденное состояние ) может в соответствии с законом сохранения энергии перейти в свое основное состояние или в менее высоковозбужденное состояние, если этому не препятствуют определенные законы, например, другие законы сохранения ( правила отбора ).
Однако термин « система» несколько условен. Вы можете z. Например, рассмотрим частицы, на которые распадается радиоактивное атомное ядро (например, ядро азота-14 + электрон + антинейтрино), как просто еще одно состояние исходной системы (здесь ядро углерода-14); в этом смысле основное состояние радионуклида также нестабильно.
Основное состояние квантово-механической системы не обязательно должно быть уникальным. Если имеется несколько состояний с одинаковой самой низкой энергией, это называется вырожденным основным состоянием. Одним из примеров является спонтанное нарушение симметрии , когда симметрия системы снижается из-за вырождения основного состояния .
Так как температура монотонно возрастающая функция энергии отдельных частиц, системы в среде «холодной» , как правило , находятся в своем состоянии. Для большинства систем, например Б. Атомы , комнатная температура - это уже холодная среда.
Система в основном состоянии может содержать удивительное количество энергии. Это можно увидеть на примере фермиевского распределения электронов проводимости в металле: температура Ферми наиболее энергичных электронов вблизи края Ферми составляет несколько 10 000 К - даже если металл остыл значительно ниже комнатной температуры. Однако эту энергию нельзя извлечь из металла и использовать, потому что электронный газ не может принять еще более низкое энергетическое состояние.
Квантовая теория поля
В квантовой теории поля основное состояние часто называют вакуумным состоянием , вакуумом или квантовым вакуумом . Основное состояние на плоском пространстве-времени Минковского определяется его инвариантностью относительно преобразований Пуанкаре , в частности, относительно преобразования времени. Так как группа Пуанкаре не является группой симметрии для искривленного пространства-времени , квантовые поля в искривленном пространстве-времени имеют i. генеральный нет четкого основного состояния. Чтобы быть более точным, существует только уникальное основное состояние, если существует однопараметрическая изометрическая группа временных трансляций пространства-времени.
литература
- Питер В. Милонни: Квантовый вакуум - введение в квантовую электродинамику. Акад. Press, Сан-Диего 1994, ISBN 0-12-498080-5