~2026-40612-1 am 19. Februar 2026 um 13:19 Uhr

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Ein '''angeregter Zustand''' eines [[Physikalisches System|physikalischen Systems]] ist jeder Zustand, dessen [[Energie]] größer ist als die niedrigstmögliche, d. h. größer als die Energie des [[Grundzustand]]s. Der Begriff wird hauptsächlich bei Systemen verwendet, die nur [[Zustand (Quantenmechanik)|Zustände]] mit bestimmten [[Energieniveau|diskreten Energien]] annehmen können, wie sie durch die [[Quantenmechanik]] beschrieben werden.
[[Datei:Wasserstoff-Termschema.svg|miniatur|Wenn das einzige Elektron des Wasserstoffatoms keine Energie mehr abgeben kann, befindet es sich im Grundzustand (unterste Linie). Darüber gibt es weitere Energieniveaus, auf die das Elektron „gehoben“ werden kann. Diese nennt man angeregte Zustände.]]

== Stabilität und Lebensdauer ==
Ein sich selbst überlassenes [[physikalisches System]] strebt erfahrungsgemäß in der Regel durch Abgeben von Energie den Zustand geringsten Energieinhalts an. Dies lässt sich durch die Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen Systemzustände im [[Phasenraum]] erklären: Eine einmal in irgendeiner Form abgegebene Energie (durch [[Reibung]], [[Kernspaltung]], Erzeugung und Emission von neuen [[Teilchen]] wie [[Photonen]], [[β-Strahlung]] etc.) kehrt im Allgemeinen nur mit vernachlässigbarer Wahrscheinlichkeit zum Ausgangssystem zurück. Ein angeregter Zustand ist daher allgemein nicht stabil, sondern hat eine endliche [[Lebensdauer (Physik)|''mittlere Lebensdauer'']], anders gesagt, eine Zerfallswahrscheinlichkeit pro Zeitspanne für den [[Übergang (Quantenmechanik)|Übergang]] in einen weniger hoch angeregten Zustand oder den Grundzustand. Die mittleren Lebensdauern können von Sekundenbruchteilen bis zu Jahrtausenden betragen. Gemessene Werte überstreichen einen Bereich von 55 Zehnerpotenzen, wohl den größten, der bei einer physikalischen Messgröße überhaupt vorkommt.

Angeregte Zustände mit besonders langer Lebensdauer werden manchmal als ''metastabil'' bezeichnet; siehe z. B. [[Isomer (Kernphysik)]].

== Atomphysik ==
Der Grundzustand eines [[Atom]]s ist durch die energetisch niedrigste [[Elektronenkonfiguration]] bestimmt. Durch Energiezufuhr, z. B. durch [[Absorption (Physik)|Absorption]] eines [[Photon]]s mit geeigneter Energie ([[Licht]]) oder durch einen unelastischen Stoß ('''Stoßanregung''', siehe z. B. [[Franck-Hertz-Versuch]]), kann ein Elektron auf ein höheres [[Energieniveau]] angehoben werden ('''Promovierung''', '''Anregung'''). Der Zerfall in einen energetisch tieferen Zustand ('''Abregung''') erfolgt entweder spontan oder wird durch eine äußere Störung ausgelöst. Die frei werdende Energie wird dabei in irgendeiner Form an die Umgebung abgegeben, z. B.:

* durch [[spontane Emission]] eines [[Photon]]s,
* durch [[stimulierte Emission]] eines Photons
* oder strahlungslos, beispielsweise durch Emission eines anderen, weniger fest gebundenen Elektrons ([[Auger-Elektron]]).

Stellt sich der Grundzustand nicht in der sonst üblichen, sehr kurzen Zeit von weniger als einer Mikrosekunde wieder ein, so spricht man von einem '''metastabilen Zustand''',<ref>Bergmann-Schaefer: ''Lehrbuch der Experimentalphysik'', Band 4: Teilchen, de Gruyter, Berlin, 1992, ISBN 3-11-010977-8, S. 241.</ref> was durch entgegenstehende [[Auswahlregel]]n beschrieben wird. Der Zerfall eines metastabilen Zustands wird auch als [[verbotener Übergang]] bezeichnet.

[[Datei:Hydrogen-SpinFlip.svg|miniatur|Wasserstoffatom mit paralleler (F = 1) und antiparalleler (F = 0) Einstellung des Elektrons. Der Übergang wird als [[Spin-Flip]] bezeichnet.]]
Beim Wasserstoffatom können die [[Spin]]s von Elektron und Proton parallel oder antiparallel stehen. Der antiparallele Zustand besitzt geringfügig niedrigere Energie, die bei Zurückklappen als Photon abgestrahlt wird. Diese Strahlung ist eine wichtige [[HI-Linie|Nachweismethode]] der Astronomie für stark verdünntes Wasserstoffgas.

== Beispiele ==
Durch Stoßanregung wird unter anderem die [[Flammenfärbung]] durch [[Alkalimetalle|Alkali-]] und [[Erdalkalimetalle]] erklärt. Dort geschieht die zur Lichtemission nötige Energiezufuhr durch Stöße zwischen den Atomen (und/oder Molekülen) in der heißen Flamme – also durch Wärme.

Auch bei Lichterzeugung in [[Gasentladungsröhre]]n (z. B. [[Neonröhre]]n) ist Stoßanregung im Spiel. Der fließende elektrische Strom verursacht Stöße zwischen freien Elektronen und den Atomen, die zu Anregung oder auch zu [[Ionisation]] führen. Bei [[Polarlicht]]ern verursachen Protonen der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]] sowie von ihnen ausgelöste freie Elektronen die Stöße. Nach Ionisation erfolgt eine [[Rekombination (Physik)|Rekombination]]. Diese verläuft meist über angeregte Zustände, bei deren Zerfall die freiwerdende Energie als Licht emittiert wird.

[[Ionisierende Strahlung]] kann Atome aus ihren [[Kristall|Gitterplätzen]] herausschlagen. Wenn diese nicht mehr in ihre Ursprungsposition zurück gelangen, entstehen [[Kristallfehler]], die unter Umständen lange bestehen bleiben. Dies stellt eine Form der Energiespeicherung dar. Durch [[Thermolumineszenz]] lassen sich diese metastabilen angeregten Zustände in Licht zurückverwandeln. Verursachen Neutronen diese Gitterfehler in Graphit, spricht man von der besonders für die [[Reaktorphysik]] wichtigen [[Wigner-Energie]].

Um die Besetzung angeregter Zustände in [[Vielteilchensystem]]en zu charakterisieren, wird oft auf eine Beschreibung durch [[Quasiteilchen]] zurückgegriffen. Beispielsweise lässt sich die Anregung einer einzelnen, ausgedehnten [[Gitterschwingung]] in einem [[Kristall]] als Erzeugung eines [[Phonon]]s beschreiben.

== Siehe auch ==
* [[Resonanz]]

== Literatur ==
* {{Literatur|Autor=Jörn Bleck-Neuhaus|Titel=Elementare Teilchen. Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell (Kap. 6)|Verlag=Springer|Ort=Heidelberg|Jahr=2010|ISBN=978-3-540-85299-5}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4142423-2}}

[[Kategorie:Quantenphysik]]

Angeregter Zustand - Versionsgeschichte

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