equilibrio metastabile
equilibrio metastabile
Stato di equilibrio di un sistema fisico o chimico caratterizzato da un tempo di vita molto più lungo di quello di un generico stato eccitato ma comunque finito. Uno stato corrispondente a un equilibrio metastabile è detto stato metastabile. In termini di paesaggio energetico, lo stato metastabile si configura in genere come un minimo locale a un livello energetico più alto dello stato fondamentale. Da un punto di vista dinamico possiamo, quindi considerare un equilibrio metastabile come associato a uno stato stazionario transitorio. Il tempo di vita di uno stato metastabile dipende in maniera esponenziale dall’altezza della barriera energetica che il sistema deve superare per entrare nel bacino di attrazione dello stato di minima energia: più alta è la barriera da superare, più lungo risulterà il suo tempo di vita. La teoria che pone in relazione i tempi di vita con l’altezza delle barriere energetiche fu introdotta nel 1940 da Hendrik Kramers nel suo lavoro fondamentale sui rapporti di reazione. In sistemi di tipo classico la metastabilità è prevalentemente osservata in sistemi di particelle interagenti ed è normalmente dovuta a fenomeni di riorganizzazione locale spontanea che rallentano la dinamica del sistema. È questo il caso della transizione vetrosa, laddove il tempo di vita dello stato metastabile risulta talmente lungo da rendere la dinamica del sistema virtualmente bloccata, almeno sulle scale di tempo sperimentalmente accessibili. Il fenomeno della metastabilità è osservato anche in fisica atomica e nucleare e normalmente è associato a stati di particella con tempi di vita media straordinariamente lunghi. In fisica atomica l’esempio più noto è quello degli stati eccitati dell’atomo di idrogeno: il loro decadimento nel caso generale è accompagnato dall’emissione di un singolo fotone ed è caratterizzato da un tempo di vita medio dell’ordine di 10−8 s. Tuttavia, per quanto concerne il secondo stato eccitato (2S1/2), la conservazione del momento angolare del sistema impone che esso possa decadere solo a seguito dell’emissione simultanea di due fotoni. Per questa ragione il tempo di vita media dello stato è molto maggiore, addirittura 0,15 s: si tratta quindi di uno stato metastabile. (*)
→ Vetri: fenomeni di non equilibrio