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電子過渡的神奇現象：為何某些光譜線如此強烈？
光譜學中，吸收帶是特定物質中能量、頻率或波長範圍，能夠從初始狀態轉換至最終狀態。根據量子力學，原子和分子只能保持某些定義的能量量，亦即存在於特定狀態中。當電磁輻射的量子被原子或分子吸收時，該輻射的能量將改變原子或分子的狀態，從而推動其從初始狀態過渡至最終狀態。
電磁過渡的基本概念
當原子或分子吸收電磁輻射時，光子的能量促使該系統狀態的變化。這一過程中，能量、動量、角動量等會從光子轉移至系統。由於需要滿足一系列的守恆定律，這些過渡必須遵循相應的選擇定則。
電磁吸收過程的強度主要由兩個因素決定：一是僅改變磁偶極矩的過渡比改變電偶極矩的過渡要弱，二是並非所有過渡的過渡矩陣元、吸收係數或振蕩強度都相同。
光譜帶及線型
各式各樣的吸收帶和光譜線形狀可以提供有關系統訊息的線索。通常可以假設狹窄的光譜線是洛倫茲或高斯型，這取決於衰變機制或像多普勒展寬的溫度效應。光譜密度的分析能夠獲得非常豐富的資訊。在許多系統中，對於宏觀分子或大型共軛系統，吸收光譜中可能無法明確區分單獨的能級。
不同類型的過渡
吸收過渡可依據其所處的頻譜範圍進行分類：
- 電子過渡：主要發生在紫外線和可見光範圍，對核心電子的觀察通常依賴於X射線吸收光譜。
- 振動過渡：發生於紅外範圍，波長約為1至30微米。
- 旋轉過渡：主要出現在遠紅外和微波區域。
- 其他過渡：在射頻範圍的吸收帶主要出現在NMR光譜中。
應用範疇
擁有寬廣吸收帶的材料應用於顏料、染料和光學濾光器。二氧化鈦、氧化鋅和顏色分子可用作防曬霜中的紫外線吸收劑和反射器。
對於大氣物理學家的吸收帶興趣
例如，在氧氣的吸收帶中：
- 霍普菲爾帶（Hopfield bands）位於67至100納米之間，非常強。
- 舒曼-榮克帶（Schumann–Runge bands）範圍在176至192.6納米之間。
在臭氧中，哈特利帶（Hartley bands）位於200至300納米，具有強烈的吸收峰值。這些吸收帶對於研究地球的輻射平衡、氣候變化及其相應影響至關重要。
結論
吸收帶的研究展示了光與物質相互作用的微妙過程與物理法則間的深入關係。在 спектроскопии中，我們看到電子、振動和旋轉過渡如何共同形成複雜的光譜特徵。那麼，在這些現象的背後，我們又能理解到哪些尚未被探索的物理規律呢？
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