حالت برانگیخته

به طور کلی برانگیختگی یعنی افزایش انرژی یک سامانه نسبت به حالتی که کمترین انرژی ممکن را داراست. این مفهوم به طور خاص در مکانیک کوانتومی که در آن اتم ها دارای حالت های کوانتومی و ترازهای انرژی هستند کاربرد دارد.
در مکانیک کوانتومی حالت برانگیخته سیستم ( اتم، مولکول یا هسته ) یعنی هر حالت کوانتومی که انرژی آن بیشتر از انرژی حالت پایه باشد.
طول عمر سیستم در حالت برانگیخته کوتاه است. به طور لحظه ای یا با ساطع کردن یک فوتون یا فونون سیستم انرژی اضافی خود را آزاد می کند و به حالتی با انرژی پایین تر یا حالت پایه برمی گردد.
اگر طول عمر این حالت های برانگیخته زیاد باشد به آن ها شبه پایدار می گویند. ایزومرهای هسته ای با طول عمر زیاد و همچنین حالت اکسیژن یگانه مثال هایی از این حالتهای شبه پایدار هستند.
مثال ساده ای از مفهوم برانگیختگی را می توان در اتم هیدروژن دید.
حالت پایه اتم هیدروژن مربوط به حالتی است که تنها الکترون آن در پایین ترین اربیتال ( که مربوط به تابع موج با تقارن کروی است و کوچک ترین عدد کوانتومی ممکن را داراست ) قرار دارد. اگر به اتم انرژی اضافه ای بدهیم ( مثلاً با تاباندن فوتونی با انرژی خاص به اتم ) الکترون می تواند به حالت برانگیخته یعنی حالتی که عدد کوانتومی آن بیشتر از عدد کوانتومی حالت "۱s" است برود. اگر انرژی فوتون خیلی زیاد باشد الکترون از اتم جدا شده و اتم به یون تبدیل می شود.
بعد از برانگیختگی ممکن است اتم با ساطع کردن یک فوتون با همان انرژی اولیه به حالت قبلی برگردد.
اتم هیدروژن با الکتریسیته و حرارت هم برانگیخته می شود.
یک هسته ی برانگیخته همواره می تواند با گسیل تابش الکترومغناطیسی یا تبدیل داخلی به حالت کم انرژی تر وابپاشد. در ساده ترین حالت، که در آن هر دو تراز مورد نظر، حالت های تک پروتونی هستند، واپاشی شامل گذار پروتون از حالت بالاتر به حالت پایین تر است. این، مانستهٔ گذار یک الکترون برانگیخته در اتم از یک تراز بالاتر به یک تراز پایین تر می باشد، که با گسیل امواج الکترومغناطیسی، یا بیرون انداختن الکترون همراه است. [ ۱]
سطح برانگیخته سطحی است که الکترون بعد از جذب فوتون به آن سطح می رود. با ساطع کردن فوتونی که جذب شده الکترون می تواند به همان سطح اولیه اش بازگردد. برای مثال مدل اتم هیدروژن را که ساده ترین اتم موجود است در نظر بگیرید. در این مدل یک الکترون به دور یک پروتون می چرخد. فاصله الکترون از هسته مشخص است. در حالت پایه که عدد کوانتومی برابر با یک است فاصله الکترون تا هسته ۱۱ - ۱۰ متر ( شعاع بوهر ) است. الکترون همچنین می تواند در اوربیتال های بزرگتری که مربوط به عددهای کوانتومی بزرگتر هستند قرار بگیرد.