Stato quantico
Che cos'è lo stato quantico?
Nell'accezione più generale con il termine di stato quantico si indica la condizione microscopica istantanea di un generico sistema fisico, descritta in termini quantomeccanici, ovvero l'insieme dei parametri (ottenuto mediante un'osservazione massima sul sistema stesso) atti a individuarla pienamente.
In un'accezione più ristretta, si usa parlare di stati quantici di un sistema riferendosi ai suoi stati stazionari, cioè caratterizzati dal fatto che i risultati di una qualsiasi misura sul sistema non dipendono dall'istante in cui essa è compiuta. Tali stati sono individuati da un gruppo di numeri quantici e caratterizzano nel migliore dei modi le proprietà del sistema fisico a cui si riferiscono, essendo permanenti nel tempo.
Essi possono essere o no stati legati (per i quali cioè il sistema è localizzato in una regione di spazio) secondo le caratteristiche del sistema stesso e l'energia a essi associata; poiché spesso si suole adottare la convenzione per cui si considera nulla l'energia del sistema in oggetto quando esso è disgregato nei suoi componenti elementari e questi sono allontanati tra loro in misura tale da non esercitare più alcuna influenza reciproca, l'energia degli stati legati risulta negativa, quella degli stati liberi positiva.
Lo stato quantico di un elettrone è completamente determinato da quattro numeri quantici: numero quantico principale, numero quantico secondario, numero quantico magnetico e numero quantico di spin.
Generalmente gli stati legati hanno struttura discreta e in tal caso vengono enumerati in ordine di energia crescente: quello di energia più bassa viene detto stato fondamentale o normale, quelli a energia progressivamente crescente primo, secondo, terzo stato eccitato e così via.
L'energia (negativa) dello stato fondamentale viene anche detta energia di legame, in quanto rappresenta l'energia che è necessario fornire al sistema per portarlo nel primo stato libero (non localizzato).
Può capitare (e a ciò sono dovuti alcuni effetti notevoli, ad esempio l'effetto Zeeman) che più stati quantici corrispondano, in assenza di perturbazioni esterne, allo stesso livello energetico: questo livello si dice allora degenere e potrà dare origine a un gruppo di sottolivelli in presenza di perturbazioni (come quelle prodotte da campi elettrici o campi magnetici applicati dall'esterno).
In altri casi i livelli energetici corrispondenti agli stati quantici possono addensarsi a formare delle "bande": in tal caso può essere utile considerare la densità degli stati quantici in funzione dell'energia.
Va infine ricordata l'esistenza degli stati metastabili, cioè stati eccitati a vita media particolarmente lunga (per vita media di uno stato si intende il tempo medio per cui il sistema considerato permane in media in tale stato una volta che vi si trovi: infatti il sistema può sempre passare ad altri stati eccitati, oppure allo stato fondamentale, mediante scambi energetici con l'esterno): in particolare ci si riferisce qui alle situazioni in cui una o più regole di selezione tendono a ritardare le eventuali transizioni energetiche abbassandone la probabilità.
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