Rydberg atom
ریڈبرگ ایٹم ایک پرجوش ایٹم ہے جس میں ایک یا زیادہ الیکٹران ہوتے ہیں جن کا اصل کوانٹم نمبر بہت زیادہ ہوتا ہے، n۔ n کی قدر جتنی زیادہ ہوگی، الیکٹران نیوکلئس سے اوسطا اتنا ہی دور ہوگا۔ ریڈبرگ ایٹموں میں متعدد مخصوص خصوصیات ہوتی ہیں جن میں برقی اور مقناطیسی شعبوں کے لیے مبالغہ آمیز ردعمل، طویل انحطاط کے ادوار اور الیکٹران ویو فنکشن شامل ہیں جو کچھ حالات میں مرکزوں کے ارد گرد الیکٹرانوں کے کلاسیکی مداروں کا تخمینہ لگاتے ہیں۔ کور الیکٹران بیرونی الیکٹران کو نیوکلئس کے برقی میدان سے اس طرح ڈھالتے ہیں کہ، فاصلے سے، برقی صلاحیت ہائیڈروجن ایٹم میں الیکٹران کے تجربے سے ملتی جلتی نظر آتی ہے۔ اس کی خامیوں کے باوجود، ایٹم کا بوہر ماڈل ان خصوصیات کی وضاحت میں مفید ہے۔ کلاسیکی طور پر، رداس r کے سرکلر مدار میں ایک الیکٹران، چارج + e کے ہائیڈروجن نیوکلئس کے بارے میں، نیوٹن کے دوسرے قانون کی پابندی کرتا ہے: جہاں k = 1/(4πε0) ہے۔ آربیٹل مومنٹم کی مقدار ꯘꯥ: کی اکائیوں میں ہوتی ہے۔ ان دونوں مساوات کو یکجا کرنے سے اصل کوانٹم نمبر، n کے لحاظ سے مداری رداس کے لیے بوہر کا اظہار ہوتا ہے: اب یہ واضح ہے کہ رائیڈبرگ ایٹموں میں ایسی مخصوص خصوصیات کیوں ہیں: مدار کے پیمانے کا رداس n2 (n = 137 ہائیڈروجن کی حالت میں جوہری رداس ~ 1 μm ہے) اور ہندسی کراس سیکشن n4 کے طور پر۔ اس طرح، ریڈبرگ ایٹم انتہائی بڑے ہوتے ہیں، جن میں ڈھیلے طور پر جڑے ہوئے ویلینس الیکٹران ہوتے ہیں، جو تصادم یا بیرونی شعبوں سے آسانی سے پریشان یا آئنائز ہو جاتے ہیں۔ چونکہ رائیڈبرگ الیکٹران کی بائنڈنگ توانائی 1/r کے متناسب ہوتی ہے اور اس لیے 1/n2 کی طرح گر جاتی ہے، اس لیے توانائی کی سطح کا فاصلہ 1/n3 کی طرح گر جاتا ہے جس کی وجہ سے پہلی آئنائزیشن توانائی پر زیادہ قریب سے فاصلے کی سطحیں یکجا ہوتی ہیں۔ یہ قریب سے فاصلے والی ریڈبرگ ریاستیں ایسی تشکیل دیتی ہیں جسے عام طور پر ریڈبرگ سیریز کہا جاتا ہے۔ شکل 2 لتیم میں مداری کونیی مومنٹم کی سب سے کم تین اقدار کی توانائی کی سطحوں میں سے کچھ کو ظاہر کرتی ہے۔ ریڈبرگ سیریز کے وجود کا مظاہرہ پہلی بار 1885 میں اس وقت ہوا جب جوہان بالمر نے جوہری ہائیڈروجن میں منتقلی سے وابستہ روشنی کی طول موج کے لیے ایک سادہ تجرباتی فارمولا دریافت کیا۔ تین سال بعد، سویڈش طبیعیات دان جوہانس ریڈبرگ نے بالمر کے فارمولے کا ایک عمومی اور زیادہ بدیہی ورژن پیش کیا جو ریڈبرگ فارمولے کے نام سے مشہور ہوا۔ اس فارمولے نے ایک محدود حد پر یکجا ہونے والی زیادہ قریب سے فاصلے والی مجرد توانائی کی سطحوں کے لامحدود سلسلے کے وجود کی نشاندہی کی۔ اس سلسلے کو 1913 میں نیلز بوہر نے ہائیڈروجن ایٹم کے اپنے سیمی کلاسیکل ماڈل کے ساتھ معیاری طور پر سمجھایا تھا جس میں کونیی رفتار کی مقداری اقدار مشاہدہ شدہ مجرد توانائی کی سطح کی طرف لے جاتی ہیں۔ مشاہدہ شدہ سپیکٹرم کا ایک مکمل مقداری مشتق 1926 میں ولف گینگ پالی نے ورنر ہائزن برگ اور دیگر کے ذریعہ کوانٹم میکانکس کی ترقی کے بعد اخذ کیا تھا۔ پیداوار کے طریقے ہائیڈروجن نما ایٹم کی واحد حقیقی طور پر مستحکم حالت زمینی حالت ہے جس میں n = 1 ہے۔ ریڈبرگ کی حالتوں کے مطالعہ کے لیے ایک قابل اعتماد تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ زمین کی حالت کے ایٹموں کو n کی بڑی قیمت والی حالتوں میں منتقل کیا جا سکے۔ الیکٹران امپیکٹ ایکسائٹیشن ریڈبرگ ایٹموں پر بہت ابتدائی تجرباتی کام زمینی حالت کے ایٹموں پر واقع تیز الیکٹرانوں کی کولیمیٹڈ بیموں کے استعمال پر انحصار کرتا تھا۔ غیر لچکدار بکھرنے کے عمل الیکٹران حرکی توانائی کا استعمال کر سکتے ہیں تاکہ ایٹموں کی اندرونی توانائی کو مختلف حالتوں کی ایک وسیع رینج تک بڑھایا جا سکے جس میں بہت سی اونچی ریڈبرگ ریاستیں بھی شامل ہیں۔ چونکہ الیکٹران اپنی ابتدائی حرکی توانائی کی کسی بھی صوابدیدی مقدار کو برقرار رکھ سکتا ہے، اس عمل کے نتیجے میں مختلف توانائیوں کا وسیع پھیلاؤ ہوتا ہے۔ ابتدائی ریڈبرگ ایٹم تجربات کی ایک اور بنیادی بنیاد آئنوں کی بیم اور دوسری نوع کے غیر جانبدار ایٹموں کی آبادی کے درمیان چارج کے تبادلے پر انحصار کرتی تھی، جس کے نتیجے میں انتہائی پرجوش ایٹموں کی بیم کی تشکیل ہوتی تھی۔ ایک بار پھر، چونکہ تعامل کی حرکی توانائی اجزاء کی حتمی اندرونی توانائیوں میں حصہ ڈال سکتی ہے، اس لیے یہ تکنیک توانائی کی سطحوں کی ایک وسیع رینج کو آباد کرتی ہے۔ آپٹیکل ایکسائٹیشن 1970 کی دہائی میں ٹیون ایبل ڈائی لیزرز کی آمد نے پرجوش ایٹموں کی آبادی پر بہت زیادہ سطح پر قابو پانے کی اجازت دی۔ آپٹیکل ایکسائٹیشن میں، واقع فوٹون ہدف ایٹم کے ذریعے جذب کیا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک عین مطابق حتمی حالت کی توانائی پیدا ہوتی ہے۔ اس طرح ریڈبرگ ایٹموں کی واحد حالت، مونو انرجیٹک آبادی پیدا کرنے کا مسئلہ لیزر آؤٹ پٹ کی فریکوئنسی کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کا کچھ آسان مسئلہ بن جاتا ہے۔ براہ راست نظری جوش و خروش کی یہ شکل عام طور پر الکالی دھاتوں کے تجربات تک محدود ہے، کیونکہ دیگر انواع میں زمینی حالت کی بائنڈنگ توانائی عام طور پر بہت زیادہ ہوتی ہے جو زیادہ تر لیزر سسٹمز کے ساتھ قابل رسائی نہیں ہوتی ہے۔ بڑی ویلینس الیکٹران بائنڈنگ توانائی (ایک بڑی پہلی آئنائزیشن توانائی کے مساوی) والے ایٹموں کے لیے، ریڈبرگ سیریز کی پرجوش ریاستیں روایتی لیزر سسٹمز کے ساتھ ناقابل رسائی ہیں۔ ابتدائی تصادم محرک توانائی کی کمی کو پورا کر سکتا ہے جس سے آپٹیکل محرک کو حتمی حالت کو منتخب کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ ابتدائی مرحلہ درمیانی حالتوں کی ایک وسیع رینج کے لیے پرجوش ہوتا ہے، لیکن آپٹیکل ایکسائٹیشن کے عمل میں موروثی درستگی کا مطلب یہ ہے کہ لیزر لائٹ صرف کسی خاص حالت میں ایٹموں کے ایک مخصوص ذیلی سیٹ کے ساتھ تعامل کرتی ہے، جو منتخب کردہ حتمی حالت کے لیے دلچسپ ہے۔ ہائیڈروجنک پوٹینشل ریڈبرگ کی حالت میں ایک ایٹم میں آئن کور سے دور ایک بڑے مدار میں ویلنس الیکٹران ہوتا ہے۔ اس طرح کے مدار میں، سب سے بیرونی الیکٹران تقریبا ہائیڈروجنک کولمب پوٹینشل، یو سی محسوس کرتا ہے، جو ایک کمپیکٹ آئن کور سے ہوتا ہے جس میں زیڈ پروٹون کے ساتھ نیوکلئس ہوتا ہے اور زیڈ-1 الیکٹرانوں سے بھرے نچلے الیکٹران کے خول ہوتے ہیں۔ کروی ہم آہنگی کولمب صلاحیت میں ایک الیکٹران میں ممکنہ توانائی ہوتی ہے: بیرونی الیکٹران کی طرف سے دکھائی جانے والی موثر صلاحیت کی ہائڈروجن صلاحیت سے مماثلت رائیڈبرگ ریاستوں کی ایک وضاحتی خصوصیت ہے اور اس بات کی وضاحت کرتی ہے کہ الیکٹران لہر کے افعال خط و کتابت کے اصول کی حد میں کلاسیکی مداروں کے قریب کیوں ہوتے ہیں۔ دوسرے لفظوں میں، الیکٹران کا مدار نظام شمسی کے اندر سیاروں کے مدار سے ملتا جلتا ہے، جیسا کہ ایٹم کے متروک لیکن بصری طور پر مفید بوہر اور ردرفورڈ ماڈلز میں دیکھا گیا تھا۔ تین قابل ذکر مستثنیات ہیں جن کی خصوصیت ممکنہ توانائی میں شامل کردہ اضافی اصطلاح سے کی جا سکتی ہے: ایک ایٹم میں دو (یا زیادہ) الیکٹران انتہائی پرجوش حالتوں میں موازنہ مداری ریڈیائی کے ساتھ ہو سکتے ہیں۔ اس صورت میں، الیکٹران-الیکٹران تعامل ہائیڈروجن صلاحیت سے ایک اہم انحراف کو جنم دیتا ہے۔ ایک سے زیادہ ریڈبرگ حالت میں ایٹم کے لیے، اضافی اصطلاح، یوئی، میں انتہائی پرجوش الیکٹرانوں کے ہر جوڑے کا خلاصہ شامل ہوتا ہے: اگر ویلینس الیکٹران کی کونیی رفتار بہت کم ہے (کلاسیکی طور پر ایک انتہائی سنکی الپٹیکل مدار کے طور پر تشریح کی گئی ہے)، تو یہ آئن کور کو پولرائز کرنے کے لیے کافی قریب سے گزر سکتا ہے، جس سے پوٹینشل میں 1/r4 کور پولرائزیشن کی اصطلاح پیدا ہوتی ہے۔ ایک انڈیوسڈ ڈائپول اور اسے پیدا کرنے والے چارج کے درمیان تعامل ہمیشہ پرکشش ہوتا ہے لہذا یہ شراکت ہمیشہ منفی ہوتی ہے، جہاں αd ڈائپول پولرائزیشنبلٹی ہے۔ شکل 3 سے پتہ چلتا ہے کہ پولرائزیشن کی اصطلاح نیوکلئس کے قریب پوٹینشل کو کس طرح تبدیل کرتی ہے۔ اگر بیرونی الیکٹران اندرونی الیکٹران کے خولوں میں گھس جاتا ہے، تو یہ نیوکلئس کے چارج کو زیادہ "دیکھے گا" اور اس وجہ سے زیادہ طاقت کا تجربہ کرے گا۔ عام طور پر، ممکنہ توانائی میں ترمیم کا حساب لگانا آسان نہیں ہے اور یہ آئن کور کی جیومیٹری کے علم پر مبنی ہونا چاہیے۔ کوانٹم-مکینیکل تفصیلات کوانٹم-مکینیکل طور پر، غیر معمولی طور پر اعلی n والی حالت سے مراد ایک ایٹم ہے جس میں ویلینس الیکٹران (زبانیں) زیادہ توانائی اور کم بائنڈنگ توانائی کے ساتھ پہلے غیر آباد الیکٹران آربیٹل میں پرجوش ہو چکے ہیں۔ ہائیڈروجن میں بائنڈنگ توانائی اس طرح دی جاتی ہے:، جہاں Ry = 13.6 eV ریڈبرگ مستقل ہے۔ n کی اعلی اقدار پر کم بائنڈنگ توانائی اس بات کی وضاحت کرتی ہے کہ رائیڈبرگ ریاستیں آئنائزیشن کے لیے حساس کیوں ہیں۔ ریڈبرگ حالت کے لیے ممکنہ توانائی کے اظہار میں اضافی اصطلاحات، ہائیڈروجنک کولمب ممکنہ توانائی کے اوپر، بائنڈنگ توانائی کے اظہار میں کوانٹم عیب، δl کے تعارف کی ضرورت ہوتی ہے: الیکٹران ویو فنکشنز ہائی آربیٹل اینگولر مومنٹم والی ریڈبرگ ریاستوں کی طویل عمر کی وضاحت ویو فنکشنز کے اوور لیپنگ کے لحاظ سے کی جا سکتی ہے۔ ہائی ایل اسٹیٹ (ہائی اینگولر مومنٹم، "سرکلر آربیٹ") میں الیکٹران کا ویو فنکشن اندرونی الیکٹرانوں کے ویو فنکشن کے ساتھ بہت کم اوورلیپ ہوتا ہے اور اس لیے نسبتا غیر متزلزل رہتا ہے۔ ہائیڈروجنک صلاحیت والے ایٹم کے طور پر ریڈبرگ ایٹم کی تعریف کے تین مستثنیات میں ایک متبادل، کوانٹم مکینیکل وضاحت ہے جس کی خصوصیت جوہری ہیملٹنین میں اضافی اصطلاحات سے کی جا سکتی ہے: اگر دوسرا الیکٹران کسی ایسی حالت میں پرجوش ہوتا ہے جو توانائی کے لحاظ سے بیرونی الیکٹران نمبر کی حالت کے قریب ہوتی ہے، تو اس کا ویو فنکشن تقریبا پہلے کی طرح بڑا ہو جاتا ہے (ایک ڈبل ریڈبرگ حالت)۔ یہ اس وقت ہوتا ہے جب ni نمبر کے قریب پہنچتا ہے اور ایسی حالت کی طرف لے جاتا ہے جہاں دو الیکٹرانوں کے مداروں کا سائز متعلق ہوتا ہے۔ ایک ایسی حالت جسے بعض اوقات ریڈیل ارتباط کہا جاتا ہے۔ الیکٹران الیکٹران پسپائی کی اصطلاح کو جوہری ہیملٹنین میں شامل کیا جانا چاہیے۔ آئن کور کی پولرائزیشن ایک انیسوٹروپک صلاحیت پیدا کرتی ہے جو دو بیرونی ترین الیکٹرانوں کی حرکتوں کے درمیان کونیی ارتباط کا سبب بنتی ہے۔ غیر کروی طور پر ہم آہنگ صلاحیت کی وجہ سے اسے سمندری لاکنگ اثر کے طور پر سوچا جا سکتا ہے۔ ایک بنیادی پولرائزیشن اصطلاح کو جوہری ہیملٹنین میں شامل کیا جانا چاہیے۔ کم مداری کونیی مومنٹم l والی حالتوں میں بیرونی الیکٹران کا ویو فنکشن، وقتا فوقتا اندرونی الیکٹرانوں کے خولوں کے اندر مقامی ہوتا ہے اور نیوکلئس کے مکمل چارج کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ شکل 4 الیکٹران آربیٹل میں کونیی رفتار کی حالتوں کی نیم کلاسیکی تشریح کو ظاہر کرتی ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ کم-l ریاستیں ممکنہ طور پر آئن کور میں گھس کر نیوکلئس کے قریب سے گزرتی ہیں۔ جوہری ہیملٹنین میں ایک بنیادی دخول کی اصطلاح شامل کی جانی چاہیے۔ بیرونی شعبوں میں ریڈبرگ ایٹم میں الیکٹران اور آئن کور کے درمیان بڑی علیحدگی ایک انتہائی بڑے برقی دو قطبی لمحے کو ممکن بناتی ہے، d۔ برقی میدان میں برقی دو قطبی کی موجودگی سے وابستہ ایک توانائی ہے، F، جسے جوہری طبیعیات میں اسٹارک شفٹ کے نام سے جانا جاتا ہے، مقامی برقی میدان ویکٹر پر دو قطبی لمحے کے پروجیکشن کی علامت پر منحصر ہے، کسی ریاست میں ایسی توانائی ہو سکتی ہے جو میدان کی طاقت کے ساتھ بڑھتی یا کم ہوتی ہے (بالترتیب کم میدان اور اعلی میدان کی تلاش کرنے والی ریاستیں)۔ ریڈبرگ سیریز میں ملحقہ این-سطحوں کے درمیان تنگ فاصلے کا مطلب ہے کہ ریاستیں نسبتا معمولی فیلڈ طاقتوں کے لیے بھی انحطاط تک پہنچ سکتی ہیں۔ نظریاتی میدان کی طاقت جس پر یہ فرض کرتے ہوئے کراسنگ واقع ہوگی کہ ریاستوں کے درمیان کوئی جوڑا نہیں ہے انگلیس ٹیلر کی حد کے ذریعہ دی گئی ہے، ہائیڈروجن ایٹم میں، خالص 1/r کولمب پوٹینشل ملحقہ n-مینیفولڈز سے اسٹارک ریاستوں کو جوڑتا نہیں ہے جس کے نتیجے میں حقیقی کراسنگ ہوتی ہے جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔ ممکنہ توانائی میں اضافی اصطلاحات کی موجودگی جوڑے کا باعث بن سکتی ہے جس کے نتیجے میں کراسنگ سے بچا جا سکتا ہے جیسا کہ شکل 6 میں لیتھیم کے لیے دکھایا گیا ہے۔ ایپلی کیشنز اور مزید تحقیق پھنسے ہوئے ریڈبرگ ایٹموں کی درستگی کی پیمائش میٹاسٹیبل حالتوں میں ایٹموں کے تابکار انحطاط کی زندگی کے اوقات زمینی حالت میں فلکی طبیعیات کے مشاہدات اور معیاری ماڈل کے ٹیسٹ کو سمجھنے کے لیے اہم ہیں۔ ڈائیمیگنیٹک اثرات کی تحقیقات رائیڈبرگ ایٹموں کے بڑے سائز اور کم بائنڈنگ توانائیاں زیادہ مقناطیسی حساسیت کا باعث بنتی ہیں۔ چونکہ ڈائیمیگنیٹک اثرات مدار کے رقبے کے ساتھ پیمانے پر ہوتے ہیں اور رقبہ رداس مربع (اے۔ این۔ این۔ 4) کے متناسب ہوتا ہے، اس لیے زمینی حالت میں ایٹموں کا پتہ لگانا ناممکن اثرات ریڈبرگ ایٹموں میں واضح ہو جاتے ہیں، جو بہت بڑی ڈائیمیگنیٹک تبدیلیوں کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ ریڈبرگ ایٹم برقی مقناطیسی شعبوں میں ایٹموں کے مضبوط برقی-دو قطبی جوڑے کی نمائش کرتے ہیں اور ریڈیو مواصلات کا پتہ لگانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ پلازما میں ریڈبرگ ایٹم عام طور پر پلازما میں الیکٹرانوں اور مثبت آئنوں کے دوبارہ امتزاج کی وجہ سے بنتے ہیں۔ کم توانائی کے دوبارہ امتزاج کے نتیجے میں کافی مستحکم ریڈبرگ ایٹم بنتے ہیں، جبکہ الیکٹرانوں اور مثبت آئنوں کا اعلی حرکی توانائی کے ساتھ دوبارہ امتزاج اکثر خودکار ریڈبرگ ریاستیں بناتا ہے۔ ریڈبرگ ایٹموں کے بڑے سائز اور برقی اور مقناطیسی شعبوں کے ذریعہ خلل اور آئنائزیشن کا خطرہ، پلازما کی خصوصیات کا تعین کرنے والا ایک اہم عنصر ہے۔ ریڈبرگ ایٹموں کا ارتکاز ریڈبرگ مادے کی تشکیل کرتا ہے، جو اکثر طویل عرصے تک رہنے والے کلسٹرز کی شکل میں مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ اجتماعی ویلنس الیکٹرانوں کے ذریعے گاڑھا ہونے پر بننے والے غیر یکساں الیکٹران مائع میں تبادلے کے ارتباط کے اثرات کے ذریعے ریڈبرگ مادے میں ڈی ایکسائٹیشن نمایاں طور پر متاثر ہوتا ہے، جو کلسٹرز کی طویل عمر کا سبب بنتا ہے۔ فلکی طبیعیات (ریڈیو ریکومبینیشن لائنیں) میں ریڈبرگ ایٹم خلا میں گرم ستاروں کے ذریعے فوٹو آئنائزیشن اور الیکٹرانوں کے ساتھ ریکومبینیشن کے درمیان متحرک توازن کی وجہ سے پائے جاتے ہیں، جو ان بہت کم کثافتوں پر عام طور پر الیکٹران کے ذریعے ایٹم میں دوبارہ شامل ہوتے ہوئے آگے بڑھتے ہیں۔ بہت زیادہ n حالت میں، اور پھر آہستہ آہستہ توانائی کی سطح کے ذریعے زمینی حالت میں گرتے ہوئے، برقی مقناطیسی سپیکٹرم میں پھیلی ہوئی ریکومبینیشن سپیکٹرم لائنوں کے سلسلے کو جنم دیتے ہیں۔ ریڈبرگ ریاستوں کے درمیان توانائی میں بہت کم فرق n میں ایک یا چند ذرائع سے مختلف ہوتے ہیں کہ ایسی ریاستوں کے درمیان منتقلی میں خارج ہونے والے فوٹون کم تعدد اور طویل طول موج رکھتے ہیں، یہاں تک کہ ریڈیو لہروں تک۔ اس طرح کی ریڈیو ریکومبینیشن لائن (آر آر ایل) کا پہلا پتہ سوویت ریڈیو ماہرین فلکیات نے 1964 میں لگایا تھا۔ یہ لائن، جسے H90α نامزد کیا گیا تھا، ہائیڈروجن ایٹموں کے ذریعے n = 90 حالت میں خارج کیا گیا تھا۔ آج، خلا میں ہائیڈروجن، ہیلیم اور کاربن کے ریڈبرگ ایٹموں کا مشاہدہ آر آر ایل کے ذریعے معمول کے مطابق کیا جاتا ہے، جن میں سے سب سے زیادہ روشن ایچ این اے لائنیں ہیں جو این + 1 سے این میں منتقلی سے مطابقت رکھتی ہیں۔ کمزور لائنیں، ایچ این بی اے اور ایچ این جی اے، جن میں δn = 2 اور 3 بھی مشاہدہ کیے جاتے ہیں۔ ہیلیم اور کاربن کے لیے متعلقہ لائنیں ہین، سی این اے، وغیرہ ہیں۔ n> 100 والی لکیروں کی دریافت حیرت انگیز تھی، کیونکہ انٹرسٹیلر اسپیس کی بہت کم کثافت میں بھی، زمین پر قابل حصول بہترین لیبارٹری ویکیومز سے کم شدت کے بہت سے آرڈر، یہ توقع کی جاتی تھی کہ اس طرح کے انتہائی پرجوش ایٹم اکثر تصادم کے ذریعے تباہ ہو جائیں گے، جس سے لکیریں ناقابل مشاہدہ ہو جائیں گی۔ بہتر نظریاتی تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ اس اثر کا حد سے زیادہ اندازہ لگایا گیا تھا، حالانکہ تصادم کی وسعت بالآخر بہت زیادہ n پر لائنوں کا پتہ لگانے کو محدود کرتی ہے۔ ہائیڈروجن کی ریکارڈ طول موج H253α کے لیے λ = 73 سینٹی میٹر ہے، جو چند مائکرون کے جوہری قطر کو ظاہر کرتی ہے، اور کاربن کے لیے، λ = 18 میٹر، C732α سے، 57 مائکرون کے قطر والے ایٹموں سے۔ ہائیڈروجن اور ہیلیم سے آر آر ایل انتہائی آئنائزڈ علاقوں (ایچ II علاقوں اور گرم آئنائزڈ میڈیم) میں تیار کیے جاتے ہیں۔ کاربن میں آئنائزیشن توانائی ہائیڈروجن کے مقابلے میں کم ہوتی ہے، اور اس لیے واحد آئنائزڈ کاربن ایٹم، اور اسی طرح کے ریکومبائننگ ریڈبرگ ریاستیں، آئنائزنگ ستاروں سے مزید موجود ہیں، نام نہاد C II علاقوں میں جو H II علاقوں کے ارد گرد موٹے خول بناتے ہیں۔ بڑا حجم جزوی طور پر H کے مقابلے میں C کی کم کثرت کی تلافی کرتا ہے، جس سے کاربن آر آر ایل کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ تصادم وسیع ہونے کی عدم موجودگی میں، آر آر ایل کی طول موج میں صرف ڈوپلر اثر کے ذریعے ترمیم کی جاتی ہے، اس لیے ناپی گئی طول موج، عام طور پر شعاعی رفتار میں تبدیل ہو جاتی ہے، جہاں باقی فریم طول موج ہے۔ ہماری کہکشاں میں H II کے علاقوں کی شعاعی رفتار ±150 کلومیٹر فی سیکنڈ تک ہو سکتی ہے، اس کی وجہ زمین کے مقابلے میں ان کی حرکت ہے کیونکہ دونوں کہکشاں کے مرکز کے گرد چکر لگاتے ہیں۔ یہ حرکتیں کافی باقاعدہ ہوتی ہیں جن کا استعمال نظر کی لکیر پر H II خطے کی پوزیشن اور اس طرح کہکشاں میں اس کی 3D پوزیشن کا اندازہ لگانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ چونکہ تمام فلکی طبیعیات کے ریڈبرگ ایٹم ہائیڈروجنک ہوتے ہیں، اس لیے H، He اور C کے لیے منتقلی کی تعدد ایک ہی فارمولے کے ذریعے دی جاتی ہے، سوائے ہر عنصر کے لیے ویلینس الیکٹران کی قدرے مختلف کم شدہ کمیت کے۔ یہ ہیلیم اور کاربن لائنوں کو بالترتیب −100 اور −140 کلومیٹر فی سیکنڈ کی واضح ڈوپلر شفٹ دیتا ہے، متعلقہ ہائیڈروجن لائن کے مقابلے میں۔ آر آر ایل کو ہماری کہکشاں کے دور دراز علاقوں میں اور بیرونی کہکشاؤں میں بھی آئنائزڈ گیس کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، کیونکہ ریڈیو فوٹون انٹرسٹیلر دھول کے ذریعے جذب نہیں ہوتے ہیں، جو زیادہ واقف نظری منتقلی سے فوٹون کو روکتے ہیں۔ ان کا استعمال آئنائزڈ گیس کے درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے بھی کیا جاتا ہے، لائن کی شدت اور پلازما سے مسلسل بریمسٹرہلنگ کے اخراج کے تناسب کے ذریعے۔ چونکہ H II خطوں کا درجہ حرارت C، N، اور O جیسے بھاری عناصر سے لائن کے اخراج کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے، اس لیے ریکومبینیشن لائنیں بھی بالواسطہ طور پر ان کی کثرت (دھات کاری) کی پیمائش کرتی ہیں۔ آر آر ایل ان کے درمیان طول موج میں نسبتا چھوٹے وقفوں کے ساتھ ریڈیو سپیکٹرم میں پھیلے ہوئے ہیں، لہذا وہ اکثر ریڈیو سپیکٹرم کے مشاہدات میں ہوتے ہیں جو بنیادی طور پر دیگر سپیکٹرم لائنوں کو نشانہ بناتے ہیں۔ مثال کے طور پر، H166α، H167α، اور H168α غیر جانبدار ہائیڈروجن سے 21 سینٹی میٹر لائن کی طول موج میں بہت قریب ہیں۔ یہ ریڈیو ماہرین فلکیات کو مشاہدوں کے ایک ہی سیٹ سے غیر جانبدار اور آئنائزڈ انٹرسٹیلر میڈیم دونوں کا مطالعہ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ چونکہ آر آر ایل بے شمار اور کمزور ہوتے ہیں، اس لیے حساسیت کو بہتر بنانے کے لیے کئی پڑوسی لائنوں کی رفتار سپیکٹر کی اوسط کرنا عام عمل ہے۔ کاسمولوجی اور ایسٹرو فزکس میں ریڈبرگ ایٹموں کی متعدد دیگر ممکنہ ایپلی کیشنز ہیں۔ مضبوط تعامل کے نظام اپنے بڑے سائز کی وجہ سے، ریڈبرگ ایٹم بہت بڑے برقی دو قطبی لمحات کی نمائش کر سکتے ہیں۔ پرٹربیشن تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ اس کے نتیجے میں دو قریبی ریڈبرگ ایٹموں کے درمیان مضبوط تعامل ہوتا ہے۔ ان تعاملات کا مربوط کنٹرول ان کی نسبتا لمبی عمر کے ساتھ مل کر انہیں کوانٹم کمپیوٹر کا ادراک کرنے کے لیے ایک موزوں امیدوار بناتا ہے۔ 2010 میں دو-کوئبٹ گیٹس تجرباتی طور پر حاصل کیے گئے تھے۔ مضبوط تعامل کرنے والے ریڈبرگ ایٹم کوانٹم تنقیدی رویے کی بھی خصوصیت رکھتے ہیں، جو انہیں خود مطالعہ کرنے کے لیے دلچسپ بناتا ہے۔ 2000 کی ریڈبرگ ایٹموں کی تحقیق کے بعد سے وسیع پیمانے پر پانچ سمتوں پر مشتمل ہے: سینسنگ، کوانٹم آپٹکس، کوانٹم کمپیوٹیشن، کوانٹم تخروپن اور کوانٹم معاملات۔ ریڈبرگ جوہری ریاستوں کے درمیان اعلی برقی دو قطبی لمحات ریڈیو فریکوئنسی اور ٹیرا ہرٹز سینسنگ اور امیجنگ کے لیے استعمال ہوتے ہیں، بشمول انفرادی مائکروویو فوٹون کی غیر مسمار پیمائش۔ برقی مقناطیسی طور پر پیدا شدہ شفافیت کا استعمال ریڈبرگ حالت میں پرجوش دو ایٹموں کے درمیان مضبوط تعاملات کے ساتھ کیا گیا تھا تاکہ ایسا میڈیم فراہم کیا جا سکے جو انفرادی نظری فوٹونوں کی سطح پر مضبوطی سے غیر لکیری رویے کو ظاہر کرتا ہے۔ ریڈبرگ ریاستوں کے درمیان قابل تعامل نے پہلے کوانٹم تخروپن تجربات کو بھی فعال کیا۔ اکتوبر 2018 میں، یونائیٹڈ سٹیٹس آرمی ریسرچ لیبارٹری نے ریڈبرگ ایٹموں کا استعمال کرتے ہوئے ایک سپر وائڈ بینڈ ریڈیو رسیور تیار کرنے کی کوششوں پر عوامی طور پر تبادلہ خیال کیا۔ مارچ 2020 میں، لیبارٹری نے اعلان کیا کہ اس کے سائنس دانوں نے 0 سے 1012 ہرٹز (سپیکٹرم سے لے کر 0.3mm طول موج) تک تعدد کی ایک بہت بڑی رینج پر برقی شعبوں کو ارتعاش کرنے کے لیے ریڈبرگ سینسر کی حساسیت کا تجزیہ کیا۔ ریڈبرگ سینسر پورے سپیکٹرم پر سگنلز کا قابل اعتماد طریقے سے پتہ لگا سکتا ہے اور دیگر قائم شدہ الیکٹرک فیلڈ سینسر ٹیکنالوجیز، جیسے الیکٹرو آپٹک کرسٹل اور ڈائپول اینٹینا سے جڑے غیر فعال الیکٹرانکس کے ساتھ موازنہ کر سکتا ہے۔ کلاسیکی تخروپن ایک سادہ 1/r ممکنہ نتیجہ ایک بند کیپلرین الپٹیکل مدار میں نکلتا ہے۔ بیرونی برقی میدان کی موجودگی میں ریڈبرگ ایٹم بہت بڑے برقی دو قطبی لمحات حاصل کر سکتے ہیں جس سے وہ میدان کی طرف سے خلل ڈالنے کے لیے انتہائی حساس ہو جاتے ہیں۔ شکل 7 سے پتہ چلتا ہے کہ کس طرح بیرونی برقی میدان (جسے جوہری طبیعیات میں اسٹارک فیلڈ کے نام سے جانا جاتا ہے) کا اطلاق پوٹینشل کی جیومیٹری کو تبدیل کرتا ہے، جس سے الیکٹران کے رویے میں ڈرامائی طور پر تبدیلی آتی ہے۔ کولومبی صلاحیت کسی ٹارک کا اطلاق نہیں کرتی کیونکہ قوت ہمیشہ پوزیشن ویکٹر کے مخالف ہوتی ہے (ہمیشہ الیکٹران اور نیوکلئس کے درمیان چلنے والی لکیر کی طرف اشارہ کرتی ہے):،۔ جامد برقی میدان کے اطلاق کے ساتھ، الیکٹران مسلسل بدلتے ہوئے ٹارک کو محسوس کرتا ہے۔ نتیجے میں آنے والی رفتار وقت کے ساتھ بتدریج زیادہ مسخ ہو جاتی ہے، بالآخر ایل = ایل ایم اے ایکس سے کونیی رفتار کی مکمل رینج سے گزر کر سیدھی لکیر ایل = 0 تک، ابتدائی مدار میں مخالف معنوں میں ایل =-ایل ایم اے ایکس تک جاتی ہے۔ کونیی مومنٹم میں ارتعاش کی مدت (شکل 8 میں ٹریجیکٹوری کو مکمل کرنے کا وقت)، تقریبا بالکل کوانٹم میکانکی طور پر پیش گوئی کی گئی مدت سے ملتی ہے جس میں لہر فنکشن اپنی ابتدائی حالت میں واپس آئے گی، جو ریڈبرگ ایٹم کی کلاسیکی نوعیت کو ظاہر کرتی ہے۔ ہیوی ریڈبرگ سسٹم پرانا کوانٹم تھیوری کوانٹم افراتفری ریڈبرگ انو ریڈبرگ پولران حوالہ جات ایٹم