atoomovergang

Atoomovergang is een quantummechanisch proces waarbij een elektron in een atoom van een hogere naar een lagere energietoestand gaat, of omgekeerd bij absorptie. De elektronenergieniveaus zijn discrete toestanden, en het energieverschil tussen de niveaus wordt omgezet in het verschil in fotonenergie, waarbij E = hν = ΔE. In de meeste beschrijvingen verloopt een overgang via een elektrische dipoolovergang; daarnaast zijn ook minder waarschijnlijke processen mogelijk, zoals elektrische quadrupool- en magnetische dipoolovergangen.

Emissie kan spontaan plaatsvinden wanneer een aangeslagen toestand terugvalt naar een lager niveau, of gestimuleerd, wanneer een foton met dezelfde eigenschappen als het vervalt-signaal aanwezig is. Absorptie gebeurt wanneer een foton met de juiste energie door het atoom wordt opgevangen, waardoor het elektron naar een hoger niveau gaat. Het foton dat ontstaat of wordt opgenomen heeft een frequentie ν die overeenkomt met het energieverschil ΔE.

Overgangen geven spectrale lijnen: elk mogelijk energieniveauverschil correspondeert met een karakteristieke golflengte of frequentie, wat de basis is van spectroscopie. De kans op een overgang (de overgangssterkte) wordt bepaald door matrixelementen van de dipooloperator en door selectie regels; voor elektrische dipoolovergangen geldt in veel atoomsystemen onder andere Δl = ±1.

Toepassingen van atoomovergangen omvatten vraagstukken in chemie en astronomie, waar spectroscopie wordt gebruikt om samenstelling en temperatuur te bepalen, en in de ontwikkeling van lasers die gebaseerd zijn op gestimuleerde emissie. Voorbeelden zijn de Balmerreeks van waterstof en de Lyman- en Paschen-reeksen. De breedte van lijnen wordt bepaald door natuurlijke breedte, Doppler-breedte en drukbreedte.