Energieniveau

Een energieniveau is de discrete energie die als een energetische eigentoestand bij een kwantummechanische toestand van een systeem (bijvoorbeeld een atoom of een atoomkern) hoort. Energieniveaus zijn toegestane eigenwaarden van de Hamiltonoperator en zijn daarom tijdsonafhankelijk. Het systeem kan zich continu slechts in één toestand bevinden, maar kan niet een van de daartussenin liggende energiewaarden hebben. Een aan zichzelf overgelaten systeem tracht er altijd zijn laagste energieniveau, zijn grondtoestand, te bereiken. Alle andere niveaus worden aangeslagen toestanden genoemd.

Om het aanschouwelijk te maken, kan men zich voorstellen dat de rangschikking en de bewegingen van de elektronen in de elektronenschil – of de nucleonen in de atoomkern – alleen bij bepaalde gevallen stabiel zijn. Elk van deze toestanden heeft een andere, vaste, energie-inhoud. Boven een bepaalde grensenergie is er echter ook een continuüm, een gebied waar willekeurige energiewaarden mogelijk zijn. Bij een atoom komt deze grensenergie overeen met de bindingsenergie van het betreffende elektron; het niet langer gebonden elektron (bijvoorbeeld bij ionisatie) kan daardoor een willekeurige kinetische energie hebben. In de atoomkern is de situatie gecompliceerder; hier bestaan er ook discrete energieniveaus boven de bindingsenergie van het nucleon. Deze niveaus leiden bijvoorbeeld tot resonanties in de werkzame doorsnede van kernreacties.