Розширення тиском

Розширення тиском — збільшення ширини спектральних ліній, зумовлене взаємодією між частинками (атомами, молекулами, іонами), які утворюють спектральну лінію. Назва пов'язана з тим, що цей ефект зростає зі зростанням тиску.

Типи розширення тиском

Виділяють два граничні випадки розширення тиском:

• Ударне розширення тиском: зіткнення інших частинок з частинкою-випромінювачем перериває процес випромінювання і, скорочуючи характерний час цього процесу, збільшує невизначеність в енергії випромінювання (подібно до природного розширення)^[1]. Тривалість зіткнення набагато коротша за тривалість процесу випромінювання. Цей ефект залежить як від густини, так і від температури газу. Розширення описується лоренцівським профілем і може супроводжуватись зсувом лінії.
• Квазістатичне розширення тиском: наявність інших частинок зміщує енергетичні рівні у частинці-випромінювачі, змінюючи частоту випромінювання. Тривалість цього впливу значно перевищує тривалість процесу випромінювання. Ефект залежить від густини газу, але майже не залежить від температури. Форма профілю спектральної лінії визначається функціональною залежністю сили збурення від відстані до частинки-збурювача. Може також відбуватися зсув центру лінії. Загальний вираз для форми лінії, що виникає внаслідок квазістатичного розширення тиском, є чотирипараметричним узагальненням гаусового розподілу, відомим як стійкий розподіл^[2].

Розширення тиском також класифікують за характером збурювальної сили:

• Лінійне штарківське розширення відбувається завдяки лінійному ефекту Штарка, який виникає внаслідок взаємодії випромінювача з електричним полем зарядженої частинки на відстані ${\displaystyle r}$, що спричиняє зсув енергії, лінійний за силою поля ${\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{2})}$.
• Резонансне розширення виникає, коли частинка-збурювач того ж типу, що й частинка-випромінювач, що відкриває можливість для обмінної взаємодії ${\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{3})}$.
• Квадратичне штарківське розширення виникає завдяки квадратичному ефекту Штарка, що призводить до зсуву енергії, квадратичного за силою поля ${\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{4})}$.
• Розширення ван дер Ваальса відбувається тоді, коли випромінювальна частинка зазнає збурення через сили Ван дер Ваальса. У квазістатичному випадку для опису взаємодії часто використовують профіль Ван дер Ваальса. Зсув енергії як функція відстані між взаємодіючими частинками у «крилах» профілю, наприклад, визначається потенціалом Леннарда — Джонса ${\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{6})}$.