Kvantetilstand

Et fysisk systems tilstand beskrives med er antal parametre. Et matematsk pendul består af et punktormigt lod hængt op i en masseløs snor. Det er beskrivelsen af systemet. Pendulet kan svinge i flere retninger. Man kan beskrive en aktuel svingning som udsvingets størrelse, a, i x-retningen, udsvingetes størrelse,b, i y-retningen og faseforskellen, φ, mellem de to svingninger. Størrelserne a, b og φ kaldes systemets parametre. De beskriver hvilken svingning pendulet udfører. I den klassiske fysik kan parametrene antage alle reelle vædier indenfor et afgrænset område.

Når det system, man undersøger, er tilstrækkeligt lille, f.eks. et atom, viser det sig, at kun bestemte parameterværdier kan forekomme. Du har sikkert stifet bekendtskab med skalmodellen for atomer. Skalnummeret, også kaldet hovedkvantetallet, k, er en af disse parametre. Den beskriver groft energitilstanden i atomet. Det har dog vist sig, at der er andre parametre, der har indflydelse på energien. Hvis hovedkvantetallet er større end 1, kan elektronen benytte forskellige baner. I den ene bane bevæger elektronen sig ind forbi kernen og ud igen i tilfældig retning. Derudover er der tre baner, hvor elektronen kredser om kernen. De tre baner ligger i hver sin plan. Er elektronen i en af de sidste tre baner, kan man ændre energien i atomet en lille smule ved at påvirke det med en magnet. Man har et kvantetal, l, der er 0 for den første bane og 1 for de tre andre, mens kvantetallet m benyttes til at beskrive hvordan banen vender. Elektronen snurrer rundt om sig selv. Det viser sig, at dette spin, s, kan have 2 retninger s=-½ og s=+½. Samlet beskrives atomets tilstand så med (k,l,m,s). Dette kaldes atomets kvantetilstand.

I et molekyle optræder der flere atomer, som er bundet sammen. Sammenbindingen påvirker atomernes egne kvantetilstande, men groft set kan man angive kvantetilstanden for molekylet som sammensat af atomernes kvantetilstande plus svinngnings- og rotationstilstande. Allerede for brintmolekylet begynder det at blive kompliceret.