El conjunto de niveles de energía que un sistema puede ocupar cuando se excita desde su estado fundamental.El espectro de excitación de un sistema es el conjunto de niveles de energía que puede ocupar cuando se promueve desde su estado fundamental. Es como una huella dactilar de la dinámica interna del sistema, que revela cómo se absorbe o emite energía en cuantos discretos. Para los átomos, este espectro es la conocida serie de líneas espectrales; para sistemas más complejos como gases cuánticos o cristales, incluye excitaciones colectivas como fonones o magnones.
El concepto de espectros de excitación discretos se remonta a principios del siglo XX con el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, formalizado más tarde por la mecánica cuántica.
Cuando un sistema absorbe energía, transita a un estado de mayor energía. El espectro de excitación enumera todos los estados posibles, cada uno con una energía específica. La estructura de este espectro está determinada por el hamiltoniano del sistema, que codifica las interacciones y el confinamiento. Medir el espectro, por ejemplo, dispersando partículas o fotones en el sistema, revela los niveles de energía permitidos y sus vidas medias, proporcionando una ventana directa a la física subyacente del sistema.
Los espectros de excitación se utilizan en espectroscopía para identificar materiales, en computación cuántica para caracterizar los niveles de energía de los qubits, y en física de la materia condensada para sondear fases exóticas como los superconductores.
El espectro de excitación del helio-4 superfluido muestra un mínimo de roton, una caída de energía en un momento específico, que fue un gran enigma hasta que Landau lo explicó como un precursor de la turbulencia.
