基底状態

基底状態（きていじょうたい、テンプレート:Lang-en-short）とは、系の固有状態の内で最低のエネルギーの状態をいう。

古典力学では系の取りうるエネルギーは連続して存在するはずだが、ミクロの世界では量子力学によりエネルギーはとびとびの値を取る。その中で最低エネルギーの状態を基底状態とよび、それ以外の状態は励起状態とよぶ。

分子のような少数多体系であれば、基底状態は絶対零度の波動関数を意味する。しかし固体物理学では、有限温度での状態に対しても、素励起がなく、量子統計力学で記述される熱平衡状態をもって基底状態ということがある。これらは厳密には区別すべきものである。

場の理論における基底状態の定義

場の理論では基底状態は粒子の消滅演算子を用いて

<math>a|\psi\rangle=0</math>

が成り立つとき、<math>|\psi\rangle</math> を基底状態と定義される。 N粒子系ではN粒子系の基底状態、粒子が存在しない時は真空の定義である。