Phát Xạ Tự Phát – Wikipedia Tiếng Việt

Phát xạ tự phát không thể được giải thích bằng lý thuyết điện từ cổ điển và về cơ bản là một quá trình lượng tử. Theo Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, người đầu tiên dự đoán chính xác hiện tượng phát xạ tự phát là Albert Einstein trong một loạt các bài báo bắt đầu từ năm 1916, đỉnh điểm là cái mà ngày nay được gọi là Hệ số Einstein.  Lý thuyết lượng tử về bức xạ của Einstein dự đoán các ý tưởng sau này được thể hiện trong điện động lực học lượng tử và quang học lượng tử trong vài thập kỷ.  Sau đó, sau khi phát hiện chính thức về cơ học lượng tử vào năm 1926, tốc độ phát xạ tự phát đã được Dirac mô tả chính xác từ các nguyên tắc đầu tiên trong lý thuyết bức xạ lượng tử của  thân của lý thuyết mà sau này ông gọi là điện động lực học lượng tử.  Các nhà vật lý đương đại, khi được yêu cầu đưa ra một lời giải thích vật lý cho sự phát xạ tự phát, thường gọi năng lượng điểm không của trường điện từ.  Năm 1963, mô hình Jaynes-Cummings  được phát triển mô tả hệ thống của một nguyên tử hai cấp tương tác với chế độ trường định lượng (tức là chân không) trong một khoang quang học. Nó đưa ra dự đoán không trực quan rằng tốc độ phát thải tự phát có thể được kiểm soát tùy thuộc vào điều kiện ranh giới của trường chân không xung quanh. Những thí nghiệm này đã dẫn đến điện động lực học lượng tử khoang (CQED), nghiên cứu về ảnh hưởng của gương và sâu răng đối với các hiệu chỉnh bức xạ.

Nếu một nguồn sáng ('nguyên tử') ở trạng thái kích thích với năng lượng , nó có thể tự phân rã đến mức nằm thấp hơn (ví dụ: trạng thái mặt đất) với năng lượng , giải phóng sự khác biệt về năng lượng giữa hai trạng thái như một photon. Photon sẽ có tần số góc  và một năng lượng :

đâu  là hằng số Planck giảm. Ghi: đâu  Là hằng số Planck và  là tần số tuyến tính. Giai đoạn của photon trong phát xạ tự phát là ngẫu nhiên cũng như hướng mà photon lan truyền. Điều này không đúng đối với khí thải kích thích. Sơ đồ mức năng lượng minh họa quá trình phát thải tự phát được hiển thị dưới đây:

Nếu số lượng nguồn sáng trong trạng thái kích thích tại thời điểm  được đưa ra bởi , tỷ lệ mà tại đó  phân rã là:

đâu  là tỷ lệ phát thải tự phát. Trong phương trình tỷ lệ  là một hằng số tỷ lệ cho quá trình chuyển đổi đặc biệt này trong nguồn sáng đặc biệt này. Hằng số được gọi là Hệ số Einstein A, và có các đơn vị s−1.  Phương trình trên có thể được giải quyết để đưa ra:

đâu  Là số lượng nguồn sáng ban đầu trong trạng thái kích thích,  Là thời gian và  là tốc độ phân rã bức xạ của quá trình chuyển đổi. Số lượng các trạng thái phấn khích  do đó phân rã theo cấp số nhân theo thời gian, tương tự như phân rã phóng xạ. Sau một đời, số lượng trạng thái kích thích phân rã xuống còn 36,8% giá trị ban đầu của nó (-thời gian). Tỷ lệ phân rã bức xạ  tỷ lệ nghịch với tuổi thọ :