Метастабильное состояние

Метастабильность на примере шарика в яме

Метастабильное состояние (от греч. μετα «через» и лат. stabilis «устойчивый»), состояние квазиустойчивого равновесия физической системы, в котором система может находиться длительное время.

Что такое метастабильное состояние может быть понятно из приведенной справа картинки:

cостояние 1: метастабильное — состояние, стабильность которого сохраняется при не очень больших возмущениях;

cостояние 2: нестабильное — состояние, стабильность которого нарушается при сколь угодно малых возмущенииях;

cостояние 3: стабильное — состояние, стабильность которого сохраняется при больших возмущениях.

Метастабильные состояния широко встречаются в природе и используются в науке и технике. С существованием метастабильных состояний связаны, например, явления магнитного, электрического и упругого гистерезиса, образование перенасыщенных растворов, закалка стали, производство стекла и т. д.

В термодинамике

Метастабильные состояния соответствуют одному из минимумов термодинамического потенциала системы при заданных внешних условиях. Устойчивому (стабильному) состоянию отвечает самый глубокий минимум. Однородная система в метастабильном состоянии удовлетворяет условиям устойчивости равновесия термодинамического $C_P>C_V>0$, $(dP/dV)_T<0$, относительно малых возмущений физических параметров (энтропии, плотности и др.). При достаточно больших возмущениях система переходит в абсолютно устойчивое состояние. Большой класс метастабильных состояний связан с фазовыми переходами 1-го рода (кристалл $\leftrightarrow$ жидкость $\leftrightarrow$ газ).

В квантовых системах

Метастабильные состояния в квантовых системах — состояние с временем жизни ($\tau$), много большим характерного времени жизни возбуждённых состояний ($~10^{-8}$ с) атомной системы. Обычно метастабильными считают возбуждённые состояния, излучательные (радиационные), переходы из которых в другие состояния запрещены строгими правилами отбора. Метастабильные состояния отличаются типом переходов, которые для них возможны: магнитный дипольный, электрический квадрупольный, двухфотонный и другие переходы.

Литература

• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — («Теоретическая физика», том V).^{издание «Наука», Москва, 1964 г.}

^Ссылки

^{Статья в БСЭ}

Для улучшения этой статьи по физике желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.