Henfaldstider – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

19. februar 2010

Henfaldstider

Hej Spørg om Fysik
Hvor lang tid tager det for et exciteret atom at henfalde til fx grundtilstanden?

Jeg har læst et sted, at atomhenfald sker momentant (samtidigt med udsendelse af en foton), men kan det være rigtigt? Jeg tænker bl.a. på energi-tid usikkerhedsrelationen.

Spørgsmålet kunne også vedrøre kernehenfald.

Med venlig hilsen
B C

 

Bohr og Schrödinger [Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (A, 1887 - 1961)] diskuterede dette spørgsmål intenst i kvantemekanikkens barndom.

Bohr mente, at vi i naturen har at gøre med 'kvantespring', mens Schrödinger overhovedet ikke brød sig om begrebet. Fx forekommer disse kvantespring ikke i den ligning, som alle - inklusiv Bohr - mente var en korrekt matematisk beskrivelse af kvante­meka­nikken.

At der faktisk sker kvantespring i naturen, er nu uden for al tvivl. Det ses fx i atomer og molekyler, som udsender lys i form af en lille energipakke - en foton - og samtidig ændres elektronernes konfiguration i atomet eller molekylet. Tilsvarende processer sker i kernefysikken, hvor der kan udsendes andre partikler end fotoner. Spørgsmålet er nu, om disse spring er momentane, eller om det tager et kort men endelig tid.

Hvis det tager en endelig tid, bør man også være i stand til at måle denne tid. En måling involverer imidlertid et måleapparat, som i sagens natur må vekselvirke med atomet eller molekylet. Dette besværliggør matematikken, men i visse simple situationer kan man rent faktisk analysere denne problemstilling til bunds. Det sker ved hjælp af Schrödingers ligning, men nu med måleapparaturet inkluderet i regnestykket. Det viser sig, at kvantespringet faktisk tager en endelig tid. Når vi taler om lysudsendelse fra et atom, vil elektronerne og fotonen først være 'faldet til ro' i deres nye tilstande efter ca. 10-15 sekunder. For mange kvantespring i kernefysikken vil tiden være endnu kortere. I de fleste sammenhænge er dette er en meget kort tid, og at opfatte springet som momentant er en virkelig god approksimation.

Med venlig hilsen
Per Hedegård