原子的亚稳态是个什么状态?有什么特点?为什么更容易激发其它原子电离?

题目

原子的亚稳态是个什么状态?有什么特点?为什么更容易激发其它原子电离?
潘宁效应里的亚稳态

答案

按量子理论,原子中存在一系列不同能量的分立轨道.为了使原子的总能最低,电子按照泡利不相容原理,从低到高依次填充这些轨道（一个轨道两个自旋相反的电子）.这就形成了原子的基态,也就是最稳定的状态,因为原子没有比这更低的能量了.这时,存在一个能级,低于这个能级的轨道被电子填满,而高于这个能级的轨道为空轨道.
以氢原子为例,核外只有一个电子,轨道依次为-13.6eV,-3.4eV,-1.5eV.一个比一个高.那么
-13.6eV的这个轨道被占据,而-3.4eV,-1.5eV的轨道空着的状态就是氢原子的基态.
而当收到激光,或磁场电场激发的时候,这个电子从外界吸收了能量,从而跳到了-3.4eV的轨道上,那么-13.6eV的轨道就空了.这就是一个处于亚稳态的原子.此时体系的能量升高了-3.4-（-13.6)=9.8eV.
原子电离,就是说电子完全摆脱原子核的库仑作用,也就是说电子必须获得大于0的能量.在基态中,电子需要外界给13.6eV才能逃脱原子核的束缚,而在激发态,电子只需要3.4eV就可以摆脱原子核了,所以亚稳态的原子更容易被电离.
但是你说它容易激发其它原子电离,我想可能是由于亚稳态的原子可以辐射出光子,从而激发其它亚稳态的原子电离吧.
假设有两个氢原子离得很近,都处于亚稳态,电子在-3.4eV的能级上.就像被抬到高处的乒乓球倾向于落回地面一样,激发态的氢原子倾向于回到基态.那么,在一个时刻,A原子的电子从-3.4eV跳到了-13.6eV,把9.8eV以光子的形式辐射出去.这时,B原子的电子在-3.4eV,那么它吸收了A原子放出的9.8eV光子,能量远大于-3.4eV,自然就被电离咯.而且这个被电离的电子还有9.8eV-3.4eV=6.4eV的动能,它会继续与其它原子碰撞,把另外的-3.4eV的原子中的电子电离.所以说亚稳态的原子容易形成电离的状态.
把它吸收的9.8eV的能量以光等能量形式辐射出去.
潘宁效应,你必须要理解,亚稳态才有可能有额外的能量去激发别的原子电离.我上面说过了,出于基态的原子无法给出额外的能量,而亚稳态的原子就可以通过跃迁到低能级的手段把能量传递给别的原子,而别的原子从亚稳态原子获得能量后,电子得到的能量小于那种原子的电离能,所以就产生了电离.
你要完全理解这个过程,必须明白选择定则,跃迁概率,宇称等一系列的概念,而这必须通过掌握微积分,矩阵论,量子力学的知识才行.这是个漫长的过程,加油吧.
参考资料：