El espectro de emisión de un solo átomo es discreto, lo que significa que observará la radiación electromagnética emitida por átomos aislados en ciertas bandas de energía / frecuencia:
Bandas de emisión de hidrógeno, helio, mercurio y uranio. El eje x es la longitud de onda.
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Esto se debe a que los niveles de energía en los átomos están cuantizados. Un electrón solo puede emitir ciertas frecuencias de luz para pasar de un nivel de energía alto a uno más bajo.
Si observa detenidamente la figura anterior, verá que cada una de estas bandas tiene un ancho distinto de cero. El ancho de estas bandas de energía está limitado por el principio de incertidumbre de frecuencia de tiempo (relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg) de las ondas,
[matemáticas] \ delta f \ delta t \ sim 1 [/ matemáticas]
donde [math] \ delta f [/ math] es el ancho de la banda de frecuencia y [math] \ delta t [/ math] es la vida útil del estado excitado, es decir, el tiempo que tarda el electrón en emitir el fotón y transición al estado de menor energía (en promedio). Por lo tanto, al observar las bandas anteriores y medir el ancho de cada banda, puede estimar cuánto tiempo lleva este proceso de emisión (generalmente del orden de nanosegundos). Para átomos aislados (como los de un gas a baja presión), esta [matemática] \ delta t [/ matemática] es solo la vida natural del estado excitado, determinada por la mecánica cuántica.
Sin embargo, a medida que aumenta la presión de un gas, los átomos comienzan a chocar entre sí con más frecuencia. Si dos átomos colisionan mientras un electrón en uno de ellos está en medio de la emisión de un fotón, el proceso de emisión se interrumpe y se reduce la vida útil [math] \ delta t [/ math]. En consecuencia, debido a la relación de incertidumbre anterior, aumenta la propagación de frecuencias [matemática] \ delta f [/ matemática] de los fotones emitidos. Este fenómeno se llama ampliación de la presión de las líneas espectrales. Si la presión es lo suficientemente alta y las colisiones son lo suficientemente frecuentes, las bandas en la imagen de arriba comienzan a mezclarse entre sí y se pasa de un espectro discreto a uno continuo:
