No artigo de hoje exploraremos o fascinante mundo de Estado metaestável. Das suas origens ao seu impacto hoje, nos aprofundaremos nos diferentes aspectos que fazem de Estado metaestável um tema de interesse geral. Ao longo das próximas linhas analisaremos a sua relevância na sociedade, os avanços que tem experimentado ao longo do tempo e as projeções futuras que se vislumbram em torno de Estado metaestável. Este é um tema fascinante que não deixa ninguém indiferente e que merece ser examinado sob diferentes perspectivas para compreender plenamente a sua importância no mundo de hoje.
Um estado metaestável, ou de forma equivalente estado metastável, corresponde a qualquer estado do sistema diferente do estado de equilíbrio mais estável — diferente do equilíbrio termodinâmico — que tenha consigo associado uma restrição que impeça a transição imediata deste para o estado mais estável sem alguma perturbação significativa de origem geralmente externa ao sistema. O sistema pode assim permanecer por longos tempos no estado metaestável sem transitar para o estado mais estável. Contudo, presente a influência externa — ou interna adequada — o sistema irá transitar para o estado mais estável.
Um sistema termodinâmico pode, em um estado metastável, encontrar-se em equilíbrio térmico com a vizinhança sem contudo encontrar-se em seu equilíbrio termodinâmico. Como exemplo tem-se uma mistura de hidrogênio e oxigênio encerrada em uma fronteira completamente restritiva, compondo um sistema isolado. Embora este sistema rapidamente atinja o seu estado de equilíbrio térmico, este encontra-se em um estado metastável e não em seu equilíbrio termodinâmico. A menor perturbação de natureza adequada é capaz de levar o sistema ao estado de equilíbrio termodinâmico, estado este bem distinto do anterior, encontrando-se agora água — e em caso estequiométrico adequado apenas água — quando em seu estado de equilíbrio termodinâmico. O estado metastável, embora em seu equilíbrio térmico, não encontra-se em seu equilíbrio químico. Algo similar ocorre com o carbono na forma de diamante, este associado a um estado alotrópico metastável deste elemento. O estado estável corresponde ao grafite.
Em física atômica, um nível metaestável ou estado eletrônico metaestável é aquele no qual um elétron em um átomo excitado encontra-se em um orbital a partir do qual a transição para o nível fundamental ou demais níveis de menor energia encontra-se inibida pela regra de transição inerente ao sistema atômico, o que leva a um tempo de vida médio para este estado consideravelmente maior do que o tempo de vida médio associado aos demais estados excitados não metastáveis. Nestes casos o tempo de vida médio só não é consideravelmente maior do que os experimentalmente determinados devido ao fato de os átomos excitados não integrarem sistemas isolados, e perturbações externas de natureza eletromagnética encontrarem-se sempre presentes. A permanência neste nível é determinada pelo coeficiente de Einstein () para este nível. Quanto maior for o , maior será a permanência do elétron neste estado.
O princípio de funcionamento dos lasers — como o de rubi e o de hélio-neônio — atrelam-se geralmente ao uso de estados eletrônicos metaestáveis para promover a inversão de população requisitada ao funcionamento dos mesmos. O processo de emissão estimulada encarrega-se de gerar a perturbação necessária às transições, que neste caso se dão de forma coerente (em fase).
A título ilustrativo cita-se a regra de seleção para transições interatômicas expressa em função dos respectivos números quânticos principal "n", secundário ou de momento angular (ou magnético) "l", de spin "s" — estes diretamente associados ao elétron e seu orbital — e do número quântico J associado ao acoplamento spin-órbita (), aqui considerando-se o caso de átomos descritos por acoplamento LS. Maiores detalhes podem ser encontrados na literatura específica:
Um estado átomo excitado cujas transições eletrônicas do elétron excitado encontrem-se proibidas por tais regras encontra-se em um estado metastável.