در مکانیک کوانتومی ، حالت برانگیخته یک سیستم (مانند یک اتم ، مولکول یا هسته ) هر حالت کوانتومی سیستم است که انرژی بالاتری از حالت پایه (یعنی انرژی بیشتر از حداقل مطلق) داشته باشد. برانگیختگی به افزایش سطح انرژی بالاتر از نقطه شروع انتخابی، معمولاً حالت پایه، اما گاهی اوقات یک حالت از قبل برانگیخته اشاره دارد. دمای گروهی از ذرات نشان‌دهنده سطح برانگیختگی است (به استثنای سیستم‌هایی که دمای منفی را نشان می‌دهند ) .
طول عمر یک سیستم در حالت برانگیخته معمولاً کوتاه است: گسیل خود به خود یا القایی یک کوانتوم انرژی (مانند فوتون یا فونون ) معمولاً مدت کوتاهی پس از ارتقاء سیستم به حالت برانگیخته رخ می دهد و سیستم را به حالت باز می گرداند. با انرژی کمتر (حالت کمتر برانگیخته یا حالت پایه). این بازگشت به سطح انرژی پایین‌تر اغلب به‌صورت آزادانه به عنوان فروپاشی توصیف می‌شود و معکوس برانگیختگی است.
حالت‌های برانگیخته طولانی‌مدت اغلب فراپایدار نامیده می‌شوند . ایزومرهای هسته ای با عمر طولانی و اکسیژن منفرد دو نمونه از این موارد هستند.
اتم ها می توانند توسط گرما، الکتریسیته یا نور برانگیخته شوند. اتم هیدروژن مثال ساده ای از این مفهوم را ارائه می دهد.
حالت پایه اتم هیدروژن دارای تک الکترون اتم در پایین ترین مدار ممکن است (یعنی تابع موج " 1s " متقارن کروی ، که تا کنون نشان داده شده است که دارای کمترین اعداد کوانتومی ممکن است ). با دادن انرژی اضافی به اتم (مثلاً با جذب یک فوتون با انرژی مناسب)، الکترون به حالت برانگیخته (یکی با یک یا چند عدد کوانتومی بزرگتر از حداقل ممکن) حرکت می کند. هنگامی که الکترون خود را بین دو حالت می یابد، یک جابجایی که بسیار سریع اتفاق می افتد، در برهم نهی هر دو حالت است. [1] اگر فوتون انرژی زیادی داشته باشد، اتصال الکترون به اتم متوقف می شود و اتم یونیزه می شود .
پس از تحریک، اتم ممکن است با گسیل یک فوتون با انرژی مشخص، به حالت پایه یا حالت برانگیختگی پایین‌تر بازگردد. انتشار فوتون‌ها از اتم‌ها در حالت‌های مختلف برانگیخته منجر به یک طیف الکترومغناطیسی می‌شود که مجموعه‌ای از خطوط انتشار مشخصه را نشان می‌دهد (از جمله، در مورد اتم هیدروژن، سری‌های لیمن، بالمر، پاسچن و براکت ).
اتمی در حالت برانگیختگی بالا را اتم ریدبرگ می نامند . سیستمی از اتم‌های بسیار برانگیخته می‌تواند یک حالت برانگیخته متراکم طولانی‌مدت به نام ماده رایدبرگ را تشکیل دهد .
مجموعه‌ای از مولکول‌هایی که یک گاز را تشکیل می‌دهند، می‌توانند در حالت برانگیخته در نظر گرفته شوند، اگر یک یا چند مولکول به سطوح انرژی جنبشی بالا بروند به طوری که توزیع سرعت حاصل از توزیع تعادلی بولتزمن خارج شود . این پدیده در مورد یک گاز دو بعدی با جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته است و زمان صرف شده برای استراحت تا تعادل را تجزیه و تحلیل می کند.
حالت های برانگیخته اغلب با استفاده از خوشه های جفت شده ، نظریه اغتشاش مولر-پلست ، میدان خودسازگار چند پیکربندی ، برهم کنش پیکربندی ، [2] و نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان محاسبه می شوند . [3] [4] [5] [6] [7] [8]
برانگیختگی یک سیستم (اتم یا مولکول) از یک حالت برانگیخته به حالت برانگیخته با انرژی بالاتر با جذب فوتون ، جذب حالت برانگیخته (ESA) نامیده می شود. جذب حالت برانگیخته تنها زمانی امکان پذیر است که یک الکترون قبلاً از حالت پایه به حالت برانگیخته پایین تر برانگیخته شده باشد. جذب حالت برانگیخته معمولاً یک اثر نامطلوب است، اما می تواند در پمپاژ تبدیلی مفید باشد. [9] اندازه‌گیری‌های جذب حالت برانگیخته با استفاده از تکنیک‌های پمپ-کاوشگر مانند فوتولیز فلاش انجام می‌شوند . با این حال، اندازه گیری آنها در مقایسه با جذب حالت پایه آسان نیست و در برخی موارد برای اندازه گیری جذب حالت برانگیخته، سفید کردن کامل حالت پایه مورد نیاز است. [10]
پیامد دیگر تشکیل حالت برانگیخته ممکن است واکنش اتم یا مولکول در حالت برانگیخته اش باشد، مانند فتوشیمی .