Intensità delle linee spettrali: approfondimento su assorbimento stimolato, emissione spontanea e stimolata
Le linee spettrali, visibili attraverso prisma di dispersione o reticolo di diffrazione, possono essere percepite come linee scure o chiare in uno spettro uniforme, a causa di assorbimento o emissione di fotoni in una stretta gamma di frequenza. La velocità di assorbimento o emissione di particolari linee spettrali è legata alla frequenza specifica. Questo fenomeno è influenzato dai contributi di Einstein, che individuò tre processi chiave: l’assorbimento stimolato, l’emissione stimolata e l’emissione spontanea.
Assorbimento stimolato
L’assorbimento stimolato si verifica quando un atomo, colpito da un fotone incidente, passa dallo stato fondamentale a quello eccitato. La quantità di assorbimento dipende dall’intensità della radiazione incidente e dalla velocità con cui avvengono le transizioni. La velocità di transizione è definita dall’equazione w = B ρ, dove B rappresenta il coefficiente di assorbimento stimolato di Einstein e ρ indica la densità energetica della radiazione nella specifica gamma di frequenze.
Emissione stimolata
In concomitanza con l’assorbimento stimolato avviene l’emissione stimolata, in cui la radiazione induce un elettrone a passare da uno stato ad energia maggiore a uno ad energia inferiore, con l’emissione di un fotone. La velocità di emissione stimolata è definita da w’ = B’ρ, con B’ rappresentante il coefficiente di emissione stimolata di Einstein.
Emissione spontanea
Il terzo processo, l’emissione spontanea, è indipendente dall’intensità o dalla frequenza della radiazione. Questo fenomeno rappresenta il passaggio da un livello ad energia maggiore a uno ad energia minore, con l’emissione di un fotone. La velocità di emissione spontanea è costante e può essere espressa da w’ = A + B’ρ, dove A rappresenta il coefficiente di emissione spontanea di Einstein.
I coefficienti B e B’ sono uguali, e se la popolazione dello stato fondamentale è pari a quella dello stato eccitato, non si presenta né assorbimento né emissione di energia. Il coefficiente A è correlato al coefficiente B dall’equazione A = (8πhν^3/ c^3) B. Quindi, l’emissione spontanea assume un maggior peso quando la frequenza di transizione è alta, evidenziando un’elevata differenza tra i livelli energetici.
Per le transizioni rotazionali e vibrazionali, le frequenze di transizione sono di solito sufficientemente basse da poter trascurare il processo di emissione spontanea rispetto agli altri.
Il presente articolo offre un approfondimento sui processi di assorbimento stimolato, emissione stimolata e emissione spontanea, e delinea il loro impatto sull’intensità delle linee spettrali. Essa fornisce una comprensione dettagliata dei contributi di Einstein nella comprensione di tali processi.