Osnovno stanje

Osnovno stanje u kvantnomehaničkom sistemu je stanje najniže energije; ono se uzima kao stanje nulte energije sistema. Pobuđeno stanje je svako stanje sa energijom većom od energije osnovnog stanja. Osnovno stanje se u okviru kvantne teorije polja obično zove stanje vakuuma ili samo vakuum.

Energetski nivoi elektrona u atomu: osnovno stanje i pobuđena stanja. Nakon apsorpcije energije elektron može preći iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje, a emisijom se dešava obrnut proces: prelazak iz pobuđenog u osnovno stanje.

Ako postoji više od jednog osnovnog stanja, ona se nazivaju degenerisana. Mnogi sistemi imaju degenerisana osnovna stanja. Ona se javljaju kada postoji unitarni operator koji deluje netrivijalno na osnovno stanje i komutira sa Hamiltonijanom sistema.

Po trećem zakonu termodinamike, sistem koji se nalazi na temperaturi apsolutne nule je u svom osnovnom stanju; tada je entropija određena degenerisanošću osnovnog stanja. Mnogi sistemi, kao što su idealne kristalne rešekte imaju jedinstveno osnovno stanje i samim tim im je entropija jednaka nuli na temperaturi jednakoj apsolutnoj nuli. Moguće je i da najviše pobuđeno stanje ima temperaturu jednaku apsolutnoj nuli, što je javlja kod sistema sa negativnom temperaturom.

Primeri

Početne talasne funkcije za prva četiri stanja čestice u jednodimenzionoj potencijalnoj jami

• Talasna funkcija osnovnog stanja čestice u jednodimenzionoj potencijalnoj jami je poluperiodičan sinusoidan talas koji je jednak nuli na dvema ivicama jame. Energija čestice je jednaka ${h^{2}n^{2}}/{8mL^{2}}$ gde je $h$ Plankova konstanta, $m$ je masa čestice, $n$ je energetsko stanje (pri čemu $n=1$ odgovara energiji osnovnog stanja), a $L$ je širina potencijalne jame.

• Talasna funkcija osnovnog stanja atoma vodonika je oblika sferno-simetrične funkcije raspodele kojoj se centar nalazi na jezgru. Raspodela je najveća na centru i eksponencijalno opada na većim rastojanjima. Verovatnoća nalaženja elektrona je najveća na rastojanju od jezgra koje je jednako Borovom radijusu. Ova funkcija je poznata kao 1s atomska orbitala. Za vodonik, elektron u osnovnom stanju ima energiju jednaku −13.6eV. Drugim rečima, 13.6eV je količina energije koju treba dovesti atomu da bi se elektron oslobodio.

• Od 1997. godine, sekunda se definiše kao vreme trajanja 9.192.631.770 perioda radijacije koji odgovaraju prelazima između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezijuma-133 u stanju mirovanja na temperaturi od 0K.