興奮状態

量子力学では、システム（原子、分子、原子核など）の励起状態とは、基底状態よりも高いエネルギー（つまり、絶対最小値よりも高いエネルギー）を持つシステムの量子状態です。励起とは、選択された開始点（通常は基底状態ですが、すでに励起されている状態の場合もあります）よりもエネルギーレベルが上昇することを指します。粒子群の温度は励起レベルを示します（負の温度を示すシステムは例外です）。^[要出典]

励起状態にあるシステムの寿命は通常短く、システムが励起状態に昇格した直後にエネルギー量子（光子やフォノンなど）の自発的または誘導的な放出が起こり、システムはより低いエネルギーの状態（励起度の低い状態または基底状態）に戻ります。この低いエネルギーレベルへの復帰は、大まかに減衰と表現されることが多く、励起の逆です。

長寿命の励起状態はしばしば準安定状態と呼ばれます。長寿命の核異性体と一重項酸素は、この 2 つの例です。^{[引用が必要]}

原子は熱、電気、光によって励起されます。水素原子はこの概念の簡単な例です。

水素原子の基底状態では、原子の単一電子は可能な限り低い軌道（つまり、球対称の「1s」波動関数で、これまでのところ、これが可能な限り低い量子数を持つことが実証されています）にあります。原子に追加のエネルギーを与えると（たとえば、適切なエネルギーの光子を吸収するなど）、電子は励起状態（最小値よりも1つ以上の量子数を持つ状態）に移行します。電子が2つの状態の間にある場合、非常に高速にシフトし、両方の状態が重ね合わされます。 [ ^{1]光子のエネルギーが大きすぎると、電子は原子に}結合しなくなり、原子はイオン化されます。

励起後、原子は特性エネルギーを持つ光子を放出して基底状態またはより低い励起状態に戻ることがあります。さまざまな励起状態の原子からの光子の放出により、一連の特性輝線(水素原子の場合は、ライマン、バルマー、パッシェン、ブラケット系列を含む) を示す電磁スペクトルが生成されます。

高度に励起された原子はリュードベリ原子と呼ばれます。高度に励起された原子のシステムは、長寿命の凝縮励起状態、リュードベリ物質を形成できます。

気体を形成する分子の集合は、1 つ以上の分子が運動エネルギー レベルまで上昇し、その結果生じる速度分布が平衡ボルツマン分布から逸脱する場合、励起状態にあると見なすことができます。この現象は、2 次元気体の場合に詳細に研究されており、平衡まで緩和するのにかかる時間を分析しています。

励起状態は、結合クラスター、モラー・プレセ摂動論、多配置自己無撞着場、配置間相互作用^[2]、時間依存密度汎関数理論^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]}などを用いて計算されることが多い。

光子の吸収によってシステム（原子または分子）が1つの励起状態からより高エネルギーの励起状態へ励起されることを励起状態吸収（ESA）と呼ぶ。励起状態吸収は、電子がすでに基底状態からより低い励起状態に励起されている場合にのみ可能である。励起状態吸収は通常は望ましくない効果であるが、アップコンバージョンポンピングでは有用である。^{[9]励起状態吸収測定は、}フラッシュ光分解などのポンププローブ技術を使用して行われる。しかし、基底状態吸収と比較して測定は容易ではなく、場合によっては励起状態吸収を測定するために基底状態を完全に退色させる必要がある。^[10]

励起状態の形成のさらなる結果として、光化学の場合のように、励起状態の原子または分子の反応が起こる可能性があります。

• リュードベリの式
• 定常状態
• 反発状態

• NASA の地上状態と励起状態に関する背景情報