# Estado metaestável

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.

## Física atômica

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 ($\beta _{2}$) para este nível. Quanto maior for o $\beta _{2}$, 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 (${\vec {J}}={\vec {L}}+{\vec {S}}$), aqui considerando-se o caso de átomos descritos por acoplamento LS. Maiores detalhes podem ser encontrados na literatura específica:
* Transições eletrônicas ocorrem mediante a transição de um elétron por vez. Isto significa que não ocorrem transições eletrônicas simultâneas de dois ou mais elétrons entre subcamadas eletrônicas de um mesmo átomo.
* Só podem ocorrer transições entre níveis de energia que impliquem uma variação do número quântico magnético "l" igual a mais ou menos uma unidade. $|\Delta l|=1$
* Só podem ocorrer transições entre estados destas configurações para os quais as mudanças nos números quânticos s', l' e j' associados aos momentos magnéticos totais do átomo (devidos a todos os elétrons e não a um em específico - acoplamento LS) satisfaçam às restrições:
       $\Delta s'=0$; $|\Delta l'|=1$; $|\Delta j'|=0,1$ (exceto j'=0 para j'=0).
Um estado átomo excitado cujas transições eletrônicas do elétron excitado encontrem-se proibidas por tais regras encontra-se em um estado metastável.