Набор энергетических уровней, которые система может занимать при возбуждении из основного состояния.Спектр возбуждения системы — это набор энергетических уровней, которые она может занимать при переходе из основного состояния. Он подобен отпечатку пальца внутренней динамики системы, показывая, как энергия поглощается или испускается дискретными квантами. Для атомов этот спектр представляет собой знакомую серию спектральных линий; для более сложных систем, таких как квантовые газы или кристаллы, он включает коллективные возбуждения, такие как фононы или магноны.
Концепция дискретных спектров возбуждения восходит к началу XX века, к модели атома водорода Бора, и позже была формализована в квантовой механике.
Когда система поглощает энергию, она переходит в более высокое энергетическое состояние. Спектр возбуждения перечисляет все возможные такие состояния, каждое с определенной энергией. Структура этого спектра определяется гамильтонианом системы, который учитывает взаимодействия и ограничения. Измерение спектра — например, рассеянием частиц или фотонов на системе — выявляет разрешенные энергетические уровни и их времена жизни, предоставляя прямое окно в физику, лежащую в основе системы.
Спектры возбуждения используются в спектроскопии для идентификации материалов, в квантовых вычислениях для характеризации энергетических уровней кубитов, а также в физике конденсированного состояния для исследования экзотических фаз, таких как сверхпроводники.
Спектр возбуждения сверхтекучего гелия-4 показывает ротонный минимум — провал в энергии при определенном импульсе, который был большой загадкой, пока Ландау не объяснил его как предвестник турбулентности.
