原子、分子和原子核等体系在适当条件下可能从一个状态过渡到另一个状态,称为跃迁。单位时间内这种跃迁的比率,即跃迁几率。它是有量纲的物理量,单位为秒-1。
跃迁几率在研究原子、分子的辐射和原子核的辐射,包括α衰变、β衰变、γ跃迁过程中是基本物理量。在研究原子、分子光谱以及天体光谱中也起重要作用。
原子跃迁伴随体系能量的改变,辐射过程包括能量的发射和吸收。在发射过程中,原子由较高能态向较低能态跃迁;可能自发(自发发射)或受激发射(受激辐射)。在吸收过程中,原子从外界得到相应能量,由较低能态跃迁到较高能态。
A.爱因斯坦引入了自发发射系数Anm、受激发射系数Bnm和吸收系数Bnm来描述原子在上能级n和下能级m间的跃迁几率。自发发射系数Anm表示原子在单位时间内由上能级n跃迁到下能级m的几率,只与辐射体性质有关。受激发射的跃迁几率为Anmρ(v),它除了与辐射体性质有关外,还与入射辐射有关。吸收的跃迁几率也为Anmρ(v),同样与入射辐射有关。
爱因斯坦通过热力学体系平衡条件得出Anm、Bnm和Bnm之间的关系。爱因斯坦等基于量子力学理论计算跃迁几率,例如,原子氢的3p→1s跃迁几率。库仑近似和自洽场近似计算法是广泛使用的计算跃迁几率的方法。
能级间跃迁遵循选择定则,不是所有能级间都能发生跃迁。容许跃迁遵循Δl=±1,Δm=0,±1的选择定则。禁戒跃迁的跃迁几率比容许跃迁小得多。
电偶极辐射情况下,自发发射跃迁的选择定则是Δl=±1,Δm=0,±1。理论计算采用的近似会引入误差,需要实验验证。实验测定跃迁几率通常利用谱线强度、受激态寿命的测定和谱线的反常色散等。
自发发射系数Anm的数值范围,强线约为108秒-1,弱线约为104秒-1或更小。当电偶极跃迁矩阵元等于零时,跃迁可能由磁偶极矩或电四极矩产生,光谱强度约为电偶极跃迁强度的10-7~10-8。