Alapállapotba

Alapállapotba (alapállapot) a kvantummechanikában az adott rendszer legalacsonyabb energiájú állapotát jelöli. Egy Hamilton-szituációhoz tartozó legkisebb energiaegyensúlyt jelentő eigenstate az alapállapot; a többi állapot a gerjesztett állapotok közé tartozik. Egy rendszerre jellemző, hogy az alapállapot egyedi lehet, vagy degenerált a szimmetriák és a kölcsönhatások miatt. Az alapállapot energiáját általában E0-val jelölik; a későbbi gerjesztett állapotokat pedig E1, E2, … értékekkel szokták megadni.

Az alapállapot energiája a legalacsonyabb, ezért a rendszerek viselkedését gyakran ezt az állapotot figyelembe véve írják le. A környezeti kölcsönhatások és a hőmérséklet hatására a gerjesztett állapotok populációja relatív valószínűséggel oszlik meg a Boltzmann-szabály szerint, így alacsony hőmérsékleten a rendszert túlnyomó részben az alapállapot tölti ki. Az energiagép, azaz az E0 és az E1 közötti távolság, meghatározza a gerjesztett állapotokból az alapállapotba történő átmenetek gyakoriságait és a kapcsolódó dinamikát.

Az alapállapotba kerülés a fizikai rendszerekben általában relaxációs folyamatok révén történik: radiatív (spontán emisszió vagy stimulált emisszió) és nem radiatív csatornák, például fonon- vagy elektronikus kölcsönhatások útján. Gyakorlati jelentősége van a kvantuminformatikában, ahol a qubitek inicializálása alapállapotba történik, vagy adiabatikus állapot-előkészítésben. Az alapállapot vizsgálata alapja a kémiai reakciók mechanizmusainak és a fénykísérletek értelmezésének.