Grosor de línea

Espectro de emisión de una lámpara de vapor de mercurio de alta presión
Los números indican la longitud de onda (en nm) de las líneas espectrales del mercurio . Otras bandas no tienen ningún número: estas son las emisiones de fósforo que son estimuladas por la radiación ultravioleta del plasma de mercurio .

Espectro de una lámpara de vapor de mercurio de baja presión.
Imagen superior con sensor de línea de 256 píxeles , imagen inferior con cámara.

El ancho de línea (también ancho espectral ) es el ancho del intervalo de frecuencia o longitud de onda o que está cubierto por una línea espectral en un espectro. El fenómeno fue descubierto en espectros ópticos , pero también ocurre en todos los espectros de cualquier otro tipo de radiación. ${\displaystyle \Delta \nu }$${\displaystyle \Delta \lambda }$

En física cuántica (por ejemplo, en el caso de partículas elementales inestables ), el ancho de línea también se expresa a menudo por la incertidumbre energética o el ancho de desintegración : ${\displaystyle \Gamma }$

${\displaystyle \Gamma =h\cdot \Delta \nu \ (\equiv \hbar \cdot \Delta \omega )}$

Con

• el cuanto de acción de Planck ${\displaystyle h\quad (\hbar =h/2\pi )}$
• la frecuencia angular .${\displaystyle \omega =2\pi \cdot \nu }$

Por lo general, se proporciona el ancho completo a la mitad del máximo , es decir H. el intervalo sobre el perfil de la línea considerada en el que la intensidad espectral es mayor que la mitad del valor máximo.

Si la radiación observada proviene de muchas fuentes independientes, se diferencia:

• el ancho de línea homogéneo que ya tiene cada emisor,
• el ancho de línea no homogéneo , que podría reducirse mediante una selección más precisa de los emisores.

Además de la incertidumbre energética fundamental de todos los sistemas inestables, las causas del ancho de la línea incluyen perturbaciones externas tales como colisiones entre los emisores y cambios Doppler debido a su movimiento desordenado.

Ancho de línea natural

Según la mecánica cuántica , un sistema físico no puede cambiar con el tiempo si tiene una energía claramente definida. Por el contrario, los sistemas que se desintegran o generan radiación espontáneamente tienen una incertidumbre energética fundamental y su radiación tiene un ancho de línea natural correspondiente . La forma corresponde a una distribución de Cauchy , que también se conoce en física como curva de resonancia o curva de Lorentz . Esto se aplica de manera muy general, igualmente z. B. para partículas elementales, núcleos radiactivos o excitados , átomos excitados , moléculas .

La incertidumbre energética mencionada anteriormente es

${\displaystyle \Gamma =\hbar \lambda }$

con la constante de desintegración (probabilidad de transición por unidad de tiempo). ${\displaystyle \lambda }$

En la forma

${\displaystyle \Leftrightarrow \Gamma \tau =\hbar }$

con la vida , d. H. la duración media futura de la estancia del sistema en el estado inicial, ${\displaystyle \tau =1/\lambda }$

la relación es similar a la relación de incertidumbre de Heisenberg y, por lo tanto, también se la denomina relación de incertidumbre de energía-tiempo .

En física de partículas elementales , esta relación se utiliza para la determinación experimental de tiempos de vida extremadamente cortos. Por ejemplo, en el caso del bosón Z ⁰ , el ancho de desintegración da como resultado la vida útil , la más corta que se ha encontrado hasta ahora. ${\displaystyle \Gamma \!\!_{Z^{0}}=2{,}5\,\mathrm {GeV} }$${\displaystyle \tau _{Z^{0}}={\tfrac {\hbar }{\Gamma \!\!_{Z^{0}}}}=2{,}6\cdot 10^{-25}\,\mathrm {s} }$

En óptica , el ancho de línea natural está directamente relacionado con la longitud de coherencia .

El ancho de línea natural se puede modelar utilizando un oscilador de Lorentz .

Ampliación de línea

El ensanchamiento de línea se produce a través de ciertos efectos, como el ensanchamiento Doppler o el ensanchamiento de la presión .

Ver también

• Ancho de línea láser

Evidencia individual

1. ↑ Redes ópticas - construcción de planificación de sistemas . 1ª edición. dibkom GmbH, Straßfurt 2010, ISBN 978-3-9811630-6-3 , pág. 41 . 
2. ↑ Demtröder, Experimentalphysik 3 Atome, Molecules and Solid Body, Volume 3, p. 246 y siguientes, vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google