Energetická hladina je v atomové a kvantové fyzice povolená hodnota energie, kterou může částice nabývat. Energetické hladiny vznikají v důsledku kvantování energie, které způsobuje, že (pro vázané stavy) mohou částice obsadit pouze diskrétní hodnoty energie. Jednotlivé diskrétní hodnoty jsou pak nazývány energetickými hladinami. Pokud dvěma různým stavům přísluší stejná hodnota energie, mluví se pak o energetické degeneraci. Hladiny s větší/menší energií se obvykle označují jako nižší/vyšší hladiny. Nejnižší z energetických hladin se nazývá základní stav. Termín energetická hladina se používá nejčastěji v kontextu elektronů v atomech, ale lze ho použít obecněji i pro jiné soustavy částic.
Vázaným stavům částit vždy přísluší kvantované energetické hladiny (mají diskrétní spektrum) a v nevázaných stavech mohou částice naopak nabývat libovolných hodnot energie (spojité spektrum).
Částice mají tendenci vždy zaujímat nejnižší dostupnou energetickou hladinu. Pokud částice může obsadit nižší energetickou hladinu, než ve které se zrovna nachází, do nižší hladiny po jisté době přeskočí. Pokud může částice přeskočit na nižší energie, její hladina se pak nazývá excitovaná. Částice si mohou navzájem bránit zaujmout nižší hladiny skrze Pauliho vylučovací princip.
Stabilním vázaným stavům částic přísluší (podle konvence) záporné hodnoty energie, protože referenční nulová energie přísluší stavu, ve kterém jsou částice daleko od sebe a nijak se neovlivňují. Kdyby měly vázané stavy kladnou energii, vždy by se pak rozpadly na energeticky výhodnější uspořádání: samostané částice (to ale není vázyný stav).
Význam pro experimenty Měření rozdílů výšek mezi energetickými hladinami v atomech (zejména vodíku) sehrálo základní roli při formování základů kvantové teorie. Přechodům mezi jednotlivými energetickými hladinami v atomu přísluší záření o jisté frekcenci, která je charakteristická pro daný prvek. Díky tomu rozdíly mezi energiemi v hladinách atomů přísluší frekvencím spektrálních čar v atomových spektrech. Polohy spektrálních čar ve spektru lze experimentálně měřit velmi přesně. Pokud se teoretické předpovědi výšek hladin porovnají s experimentálním měřením spektrálních čar, lze s vysokou přesností testovat (i dnešní) fyzikální teorie. Měření tohoto typu patří mezi nejpřesnější měření v celé fyzice.
Vyskytuje se mnoho faktorů, které mohou ovlivnit jemné posuny hladin. Nuance u výšek hladin mohou pramenit například z Lambova posunu a je třeba počítat je pomocí pokročilých teorií, jako je kvantová elektrodynamika.
Odkazy
Reference
Literatura
Související články elektronová konfigurace
Kategorie:Atomová fyzika