www.wikidata.uk-ua.nina.az

Надтонка структура розщеплення спектральних ліній внаслідок взаємодії електронної оболонки атомів зі спіном ядра а також

Надтонка структура

Надтонка структура — розщеплення спектральних ліній внаслідок взаємодії електронної оболонки атомів зі спіном ядра, а також внаслідок існування різних ізотопів елементів, що відрізняються масою та манітним моментом ядра.

Тонка надтонка структура атома водню.

Пояснення, що пов'язує ці лінії зі спіном ядра, запропонував Вольфганг Паулі.

Дослідження надтонкої структури спектральних ліній можна використати для визначення спіну ядра, наприклад, для єдиного стабільного ізотопу натрію він дорівнює 3/2 (в одиницях сталої Планка).

Надтонка структура атома цезію використовується в сучасному визначенні одиниці часу — секунди.

Історія Редагувати

Перші спостереження надтонкої структури належать ще до 19 століття: 1891 року Майкельсон спостерігав її за допомогою свого інтерферометра. Після цього її описували Фабрі та Перо[fr] 1897 року, а пізніше — Люммер[ru] та Герке[en] . Виявилося, що кожна спектральна лінія, насправді, складається з багатьох (до 10 й більше) компонент.

Паралельно з цим, 1910 року було відкрито ізотопію радіоактивних, а 1912 року — і нерадіоактивних елементів. 1918 року Аронберг зміг експериментально виявити ізотопічний зсув, порівнюючи випромінювання двох зразків свинцю.

1924 року Паулі припустив, що розщеплення спектральних ліній пов'язано із взаємодією магнітного моменту ядра й електронів.

1925 року Гоудсміт і Уленбек відкрили спін електрона, завдяки чому в 1927—1928 роках Бак і Гоудсміт змогли теоретично інтерпретували отримані до того часу результати. Протягом наступних трьох років їх результати доповнювалися й уточнювалися багатьма вченими: у цьому напрямку працювали Фермі, Бечер[en], Казімір, Гарґрівз та інші. Велике значення для пояснення цього явища мали точні спостереження надтонкої структури подвійної жовтої D-лінії натрію, які провели 1928 року О. М. Теренін та Л. М. Добрєцов.

На початку 30-х років надтонка структура почала активно досліджуватися, і за її допомогою було визначено спіни багатьох ядер. 1932 року було відкрито нейтрон, що дозволило вирішити деякі розбіжності між експериментальними й теоретичними даними (у першу чергу це стосується вимірів спіну ядер азоту-14, що виявився рівним одиниці, проте, виходячи з популярної в ті роки протон-електронної моделі ядра, мав би бути напівцілим — ця суперечність отримала назву «азотна катастрофа»).

1945 року голландський астроном ван де Гулст передбачив існування радіолінії випромінювання атома Гідрогену довжиною 21 см, що утворюється завдяки переходу між двома рівнями надтонкої структури. 1949 року Шкловський показав, що інтенсивність такого випромінювання від міжзоряних хмар водню є достатньою для її спостереження, а 1951 року випромінювання було відкрито експериментально. Відкриття цього випромінювання стало важливою віхою в радіоастрономії.

Завдяки точному теоретичному опису надтонкого розщеплення, Лемб і Різерфорд[en] 1947 року показали, що лінії реальних спектрів зсунуто відносно теоретичних. Це зміщення, що отримало назву лембів зсув, виявилося пов'язаним із квантовими флуктуаціями вакууму. Відкриття лембова зсуву стало поштовхом для створення квантової електродинаміки.

З 1967 року еталон секунди визначається як 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідають переходу між двома рівнями надтонкої структури цезію-133.

Механізми виникнення надтонкої структури Редагувати

Існує кілька незалежних причин розщеплення спектральних ліній, які поєднуються й роблять картину досить складною.

Ізотопний зсув Редагувати

Взаємодія між електроном і ядром визначається, у першу чергу, їх електричним зарядом, який є однаковим для різних ізотопів. Проте, електрон обертається не навколо ядра, а навколо центру мас системи «ядро—електрон», розташування якого залежить від маси ядра. Зсув енергетичного рівня, спричинений скінченною масою ядра, дорівнює , де T∞ — енергія рівня при нескінченно масивному ядрі. Завдяки розщепленню такого типу, кожна спектральна лінія розпадається на декілька ліній, відповідно до кількості ізотопів елемента. Відстань між енергетичними рівнями для різних ізотопів у такому випадку дорівнює .

Крім того, існує так званий «специфічний» ефект маси, що виникає, коли навколо ядра рухається багато електронів. Через принцип Паулі рух електронів навколо ядра не є незалежним, а навпаки — фази окремих електронів пов'язані між собою. Вони можуть рухатися або в протифазі (й послаблювати свою дію на ядро), або ж навпаки, підсилювати її.

Втім, ця схема пояснює лише розщеплення ліній елементів з малою й середньою атомною масою. Для важких ядер цей ефект мав би створювати дуже малі зсуви, якими можна знехтувати, тоді як експерименти, навпаки, показували, що для важких ядер ізотопний зсув дуже помітний.

Такий зсув обумовлений об'ємним ефектом. Спрощено його можна пояснити так: закон Кулона справедливий лише для точкових зарядів. Реальні ж ядра мають ненульові розміри, які зростають пропорційно кубічному кореню з кількості нуклонів у ньому. І якщо ззовні ядра потенціал буде кулонівським, то всередині ядра електрична взаємодія буде ослаблюватись. Згідно з положеннями квантової механіки, електрон перебуває не на якійсь конкретній орбіті, а, з різною густиною ймовірності може перебувати в різних місцях всередині атома, зокрема — і в його ядрі. При збільшенні розмірів ядра, імовірність, що електрон перебуватиме всередині нього, зростає, а енергія зв'язку, відповідно, зменшується. Тож для важких ядер суттєвою є зміна їхніх геометричних розмірів.

Взаємодія магнітних моментів Редагувати

Магнітний дипольний момент ядра залежить від орбітальних і спінових моментів нуклонів наступним чином:

p n
gl 1 0
gs 5.5855 -3.82629

де mn — маса нуклона, A — кількість нуклонів у ядрі, gl, gs — орбітальне і спінове гіромагнітне співвідношення, значення яких представлені в таблиці праворуч.

Величину називають ядерним магнетоном, і вона є природною одиницею вимірювання магнітного моменту ядра, оскільки максимальна проєкція магнітного моменту на деяку вісь завжди пропорційна ядерному магнетону. За значенням ядерний магнетон у (тобто, у 1836) разів менший за магнетон Бора, а тому магнітні моменти ядер також на три порядки менші за магнітні моменти електронів.

Якщо ядро атому має момент обертання I, а електрон — момент кількості руху J (що дорівнює сумі орбітального моменту й спіну), то їх сукупний момент F, залежно від їх взаємного розташування може набувати усіх цілих значень від до . Відповідно, змінюється й енергія взаємодії моментів ядра й електронної оболонки, яку можна наближено подати як W=-(μядраBелектронів). Якісно це виражається в тому, що кожен енергетичний рівень електрона, якому відповідає спектральна лінія, розділяється на 2I+1 або 2J+1 підрівнів (відповідно, якщо J більше за I, або навпаки). Виходячи з того, що взаємодія між магнітними моментами пропорційна косинусу кута між їх напрямами, величину цього розщеплення можна оцінити як

де H(0) — величина магнітного поля електронів на місці ядра, що залежить від J, та інших квантових чисел, а μ — магнітний момент ядра.

Максимальна відстань між лініями, таким чином, дорівнює

Правила відбору визначають, з якої підорбіталі на яку може перейти електрон, а отже і яку енергію він може при цьому випромінити. Одне з правил визначає можливі варіанти зміни F: ΔF=0, ±1, окрім випадку F1=0, F2=0.

За величиною надтонке розщеплення на три порядки менше за відстань між компонентами тонкої структури і для основного стану становить кілька гігагерц. Для збуджених станів надтонке розщеплення зменшується оберненно пропорційно енергії зв'язку збудженого електрона в ступені 3/2.

Взаємодія з квадрупольним електричним моментом Редагувати

Електричний дипольний момент ядра дорівнює нулю в основному стані, через парність квадрату його хвильової функції ядра , проте ядро (якщо воно не кулясте) має квадрупольний момент, взаємодія з яким призводить до додаткового розщеплення спектральних ліній. Квадрупольне розщеплення є значно меншим за розщеплення, пов'язане з магнітною взаємодією.

Значення Редагувати

Визначення спіну ядра за допомогою аналізу надтонкої структури Редагувати

При J > I, вивчення надтонкої структури спектру дозволяє легко дізнатись спін ядра — у цьому випадку, достатньо просто підрахувати кількість ліній, на які розпадається спектральна лінія: воно буде рівним 2I+1.

У випадку, коли J <= I, існують більш тонкі способи підрахувати спін ядра.

Правило інтервалів Редагувати

Підрівні енергетичного рівня, яким відповідають спектральні лінії надтонкого розщеплення характеризуються одними і тими ж квантовими числами I і J, проте різними F. Відстань між підрівнями, яким відповідають квантові числа F і F+1 в такому випадку, пропорційна F+1. Таким чином, відстані між лініями надтонкої структури відносяться між собою як F:F+1:F+2 ...

Визначивши таким чином усі значення, які може набувати F, спін ядра можна визначити виходячи з того, що максимальне значення Fmax=I+J.

Порівняння інтенсивностей ліній Редагувати

У зовнішньому магнітному полі поведінка атома визначається сумарним моментом F, а не окремими моментами електронів і ядра, атом може орієнтуватися у ньому 2F+1 різними способами (проєкція вектора F буде приймати значення, відповідно від -F до +F). Відповідно, виродженність енергетичного підрівня також буде дорівнювати 2F+1, що, при рівності інших умов, призводить до того, що інтенсивності ліній надтонкої структури також будуть співвідноситись у тій же пропорції. Порівнюючи ці інтенсивності можна встановити F.

Цей метод є менш точним, ніж правило інтервалів, а тому має сенс лише коли кількість ліній у надтонкій структурі деякого енергетичного рівня менша трьох. Такий випадок характерний для лужних металів, наприклад, натрію.

Використання для радіоастрономії Редагувати

Основний рівень енергії водню розщеплюється на два близьких підрівня, залежності від того, паралельними чи антипаралельними є напрямки спінів ядра й електрона. При переході між цими рівнями випромінюється фотон з частотою 1420,4 МГц, що відповідає довжині хвилі 21,1 см. Час спонтанного переходу є значним — близько 11 мільйонів років. Температура збудження зворотнього переходу складає лише 0,068 К, тому такий перехід відбувається при зіткненнях атомів між собою або з фотонами. Як результат, у хмарах міжзоряного нейтрального водню існує динамічна рівновага між збудженим і незбудженим станом.

Хоча енергія такого випромінювання є дуже незначною, проте завдяки розповсюдженості водню у Всесвіті, дослідження випромінювання на цій частоті дає важливу інформацію про розподіл речовини в космосі.

Генератори частоти Редагувати

Завдяки високій точності й стабільності, переходи між рівнями надтонкої структури застосовуються для дуже точного вимірювання часу. Поширеним варіантом є водневий генератор частоти, що використовує описаний вище перехід між рівнями надтонкої структури водню в слабкому магнітному полі, під час якого випромінюється хвиля довжиною 21,1 см. Для того, щоб атоми швидко переходили на нижній енергетичний стан, пучок атомарного водню у збудженому стані спрямовують в об'ємний резонатор, налаштований на відповідну частоту випромінювання.

Складнощі експериментального дослідження Редагувати

Попри дуже малу відстань між лініями, роздільної здатності навіть простих інтерферометрів, таких як інтерферометр Фабрі-Перо достатньо для їх розділення. Головною складністю при цьому є ширина самих ліній. Доплерівське розширення, зумовлене доплерівським зсувом спектрів атомів через їх тепловий рух, робить ширину ліній більшою, ніж відстань між ними. Так, наприклад, для повного розділення ліній натрію, його потрібно охолодити до 5K, що на практиці важко реалізувати — адже ці атоми постійно освітлюються. Для вирішення цієї проблеми, можна використовувати пучки швидких атомів, що рухаються перпендикулярно напрямку спостереження. Для важчих атомів швидкості теплового руху менші, тому може використовуватися звичайний тліючий розряд.

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. ↑ Advances in Quantum Chemistry, 1965, с. 47.
  2. Сивухин, 1989, с. 36.
  3. ↑ ИЗОТОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В АТОМНЫХ СПЕКТРАХ [ 8 серпня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  4. Advances in Quantum Chemistry, 1965, с. 48.
  5. . Архів оригіналу за 1 вересня 2017. Процитовано 28 червня 2017. 
  6. ↑ Радиолиния водорода 21 см [ 1 жовтня 2020 у Wayback Machine.](рос.)
  7. лэмбовский сдвиг [ 14 липня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  8. В ПОГОНЕ ЗА ТОЧНОСТЬЮ: ЕДИНЫЙ ЭТАЛОН ВРЕМЕНИ — ЧАСТОТЫ — ДЛИНЫ [ 13 лютого 2019 у Wayback Machine.](рос.)
  9. Путилов, Фабрикант, 1963, с. 323.
  10. Магнитный дипольный момент ядра [ 24 червня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  11. СВЕРХТОНКАЯ СТРУКТУРА И АТОМНОЕ ЯДРО [ 10 серпня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  12. сверхтонкая структура [ 9 липня 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  13. Варламов, Гончарова, Ишханов, 2010, с. 28.
  14. Ландау, Лифшиц, 1989, с. 579.
  15. Сивухин, 1989, с. 42.
  16. Сивухин, 1989, с. 43.
  17. водородный генератор [ 16 липня 2019 у Wayback Machine.](рос.)
  18. Сивухин, 1989, с. 37.

Література Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Nadtonka struktura rozsheplennya spektralnih linij vnaslidok vzayemodiyi elektronnoyi obolonki atomiv zi spinom yadra a takozh vnaslidok isnuvannya riznih izotopiv elementiv sho vidriznyayutsya masoyu ta manitnim momentom yadra Tonka nadtonka struktura atoma vodnyu Poyasnennya sho pov yazuye ci liniyi zi spinom yadra zaproponuvav Volfgang Pauli Doslidzhennya nadtonkoyi strukturi spektralnih linij mozhna vikoristati dlya viznachennya spinu yadra napriklad dlya yedinogo stabilnogo izotopu natriyu vin dorivnyuye 3 2 v odinicyah staloyi Planka Nadtonka struktura atoma ceziyu vikoristovuyetsya v suchasnomu viznachenni odinici chasu sekundi Zmist 1 Istoriya 2 Mehanizmi viniknennya nadtonkoyi strukturi 2 1 Izotopnij zsuv 2 2 Vzayemodiya magnitnih momentiv 2 3 Vzayemodiya z kvadrupolnim elektrichnim momentom 3 Znachennya 3 1 Viznachennya spinu yadra za dopomogoyu analizu nadtonkoyi strukturi 3 1 1 Pravilo intervaliv 3 1 2 Porivnyannya intensivnostej linij 3 2 Vikoristannya dlya radioastronomiyi 3 3 Generatori chastoti 4 Skladnoshi eksperimentalnogo doslidzhennya 5 Div takozh 6 Primitki 7 LiteraturaIstoriya RedaguvatiPershi sposterezhennya nadtonkoyi strukturi nalezhat she do 19 stolittya 1891 roku Majkelson sposterigav yiyi za dopomogoyu svogo interferometra Pislya cogo yiyi opisuvali Fabri ta Pero fr 1897 roku 1 a piznishe Lyummer ru ta Gerke en 2 Viyavilosya sho kozhna spektralna liniya naspravdi skladayetsya z bagatoh do 10 j bilshe komponent Paralelno z cim 1910 roku bulo vidkrito izotopiyu radioaktivnih a 1912 roku i neradioaktivnih elementiv 1918 roku Aronberg zmig eksperimentalno viyaviti izotopichnij zsuv porivnyuyuchi viprominyuvannya dvoh zrazkiv svincyu 3 1924 roku Pauli pripustiv sho rozsheplennya spektralnih linij pov yazano iz vzayemodiyeyu magnitnogo momentu yadra j elektroniv 1 1925 roku Goudsmit i Ulenbek vidkrili spin elektrona zavdyaki chomu v 1927 1928 rokah Bak i Goudsmit zmogli teoretichno interpretuvali otrimani do togo chasu rezultati Protyagom nastupnih troh rokiv yih rezultati dopovnyuvalisya j utochnyuvalisya bagatma vchenimi u comu napryamku pracyuvali Fermi Becher en Kazimir Gargrivz ta inshi 4 Velike znachennya dlya poyasnennya cogo yavisha mali tochni sposterezhennya nadtonkoyi strukturi podvijnoyi zhovtoyi D liniyi natriyu yaki proveli 1928 roku O M Terenin ta L M Dobryecov Na pochatku 30 h rokiv nadtonka struktura pochala aktivno doslidzhuvatisya i za yiyi dopomogoyu bulo viznacheno spini bagatoh yader 1932 roku bulo vidkrito nejtron sho dozvolilo virishiti deyaki rozbizhnosti mizh eksperimentalnimi j teoretichnimi danimi u pershu chergu ce stosuyetsya vimiriv spinu yader azotu 14 sho viyavivsya rivnim odinici prote vihodyachi z populyarnoyi v ti roki proton elektronnoyi modeli yadra mav bi buti napivcilim cya superechnist otrimala nazvu azotna katastrofa 5 1945 roku gollandskij astronom van de Gulst peredbachiv isnuvannya radioliniyi viprominyuvannya atoma Gidrogenu dovzhinoyu 21 sm sho utvoryuyetsya zavdyaki perehodu mizh dvoma rivnyami nadtonkoyi strukturi 6 1949 roku Shklovskij pokazav sho intensivnist takogo viprominyuvannya vid mizhzoryanih hmar vodnyu ye dostatnoyu dlya yiyi sposterezhennya a 1951 roku viprominyuvannya bulo vidkrito eksperimentalno Vidkrittya cogo viprominyuvannya stalo vazhlivoyu vihoyu v radioastronomiyi Zavdyaki tochnomu teoretichnomu opisu nadtonkogo rozsheplennya Lemb i Rizerford en 1947 roku pokazali sho liniyi realnih spektriv zsunuto vidnosno teoretichnih Ce zmishennya sho otrimalo nazvu lembiv zsuv viyavilosya pov yazanim iz kvantovimi fluktuaciyami vakuumu Vidkrittya lembova zsuvu stalo poshtovhom dlya stvorennya kvantovoyi elektrodinamiki 7 Z 1967 roku etalon sekundi viznachayetsya yak 9 192 631 770 periodiv viprominyuvannya sho vidpovidayut perehodu mizh dvoma rivnyami nadtonkoyi strukturi ceziyu 133 8 Mehanizmi viniknennya nadtonkoyi strukturi RedaguvatiIsnuye kilka nezalezhnih prichin rozsheplennya spektralnih linij yaki poyednuyutsya j roblyat kartinu dosit skladnoyu Izotopnij zsuv Redaguvati Vzayemodiya mizh elektronom i yadrom viznachayetsya u pershu chergu yih elektrichnim zaryadom yakij ye odnakovim dlya riznih izotopiv Prote elektron obertayetsya ne navkolo yadra a navkolo centru mas sistemi yadro elektron roztashuvannya yakogo zalezhit vid masi yadra Zsuv energetichnogo rivnya sprichinenij skinchennoyu masoyu yadra dorivnyuye D T m e M T displaystyle Delta T frac m e M T infty nbsp de T energiya rivnya pri neskinchenno masivnomu yadri Zavdyaki rozsheplennyu takogo tipu kozhna spektralna liniya rozpadayetsya na dekilka linij vidpovidno do kilkosti izotopiv elementa Vidstan mizh energetichnimi rivnyami dlya riznih izotopiv u takomu vipadku dorivnyuye D T m e M 1 M 2 M 1 M 2 T displaystyle Delta T m e frac M 1 M 2 M 1 M 2 T infty nbsp Krim togo isnuye tak zvanij specifichnij efekt masi sho vinikaye koli navkolo yadra ruhayetsya bagato elektroniv Cherez princip Pauli ruh elektroniv navkolo yadra ne ye nezalezhnim a navpaki fazi okremih elektroniv pov yazani mizh soboyu Voni mozhut ruhatisya abo v protifazi j poslablyuvati svoyu diyu na yadro abo zh navpaki pidsilyuvati yiyi Vtim cya shema poyasnyuye lishe rozsheplennya linij elementiv z maloyu j serednoyu atomnoyu masoyu Dlya vazhkih yader cej efekt mav bi stvoryuvati duzhe mali zsuvi yakimi mozhna znehtuvati todi yak eksperimenti navpaki pokazuvali sho dlya vazhkih yader izotopnij zsuv duzhe pomitnij Takij zsuv obumovlenij ob yemnim efektom Sprosheno jogo mozhna poyasniti tak zakon Kulona spravedlivij lishe dlya tochkovih zaryadiv Realni zh yadra mayut nenulovi rozmiri yaki zrostayut proporcijno kubichnomu korenyu z kilkosti nukloniv u nomu I yaksho zzovni yadra potencial bude kulonivskim to vseredini yadra elektrichna vzayemodiya bude oslablyuvatis Zgidno z polozhennyami kvantovoyi mehaniki elektron perebuvaye ne na yakijs konkretnij orbiti a z riznoyu gustinoyu jmovirnosti mozhe perebuvati v riznih miscyah vseredini atoma zokrema i v jogo yadri Pri zbilshenni rozmiriv yadra imovirnist sho elektron perebuvatime vseredini nogo zrostaye a energiya zv yazku vidpovidno zmenshuyetsya 3 Tozh dlya vazhkih yader suttyevoyu ye zmina yihnih geometrichnih rozmiriv 9 Vzayemodiya magnitnih momentiv Redaguvati Magnitnij dipolnij moment yadra zalezhit vid orbitalnih i spinovih momentiv nukloniv nastupnim chinom p ngl 1 0gs 5 5855 3 82629m z e ℏ 2 m n c i 1 A g s i s i g l i l i displaystyle hat mu z frac e hbar 2m n c sum i 1 A g s i hat s i g l i hat l i nbsp de mn masa nuklona A kilkist nukloniv u yadri gl gs orbitalne i spinove giromagnitne spivvidnoshennya znachennya yakih predstavleni v tablici pravoruch 10 Velichinu e ℏ 2 m n c 3 1524915 10 18 M e V G s displaystyle frac e hbar 2m n c 3 1524915 10 18 MeV Gs nbsp nazivayut yadernim magnetonom i vona ye prirodnoyu odiniceyu vimiryuvannya magnitnogo momentu yadra oskilki maksimalna proyekciya magnitnogo momentu na deyaku vis zavzhdi proporcijna yadernomu magnetonu Za znachennyam yadernij magneton u m p m e displaystyle frac m p m e nbsp tobto u 1836 raziv menshij za magneton Bora a tomu magnitni momenti yader takozh na tri poryadki menshi za magnitni momenti elektroniv Yaksho yadro atomu maye moment obertannya I a elektron moment kilkosti ruhu J sho dorivnyuye sumi orbitalnogo momentu j spinu to yih sukupnij moment F zalezhno vid yih vzayemnogo roztashuvannya mozhe nabuvati usih cilih znachen vid J I displaystyle left J I right nbsp do J I displaystyle left J I right nbsp Vidpovidno zminyuyetsya j energiya vzayemodiyi momentiv yadra j elektronnoyi obolonki yaku mozhna nablizheno podati yak W myadraBelektroniv Yakisno ce virazhayetsya v tomu sho kozhen energetichnij riven elektrona yakomu vidpovidaye spektralna liniya rozdilyayetsya na 2I 1 abo 2J 1 pidrivniv vidpovidno yaksho J bilshe za I abo navpaki Vihodyachi z togo sho vzayemodiya mizh magnitnimi momentami proporcijna kosinusu kuta mizh yih napryamami velichinu cogo rozsheplennya mozhna ociniti yak D W m H 0 F F 1 I I 1 J J 1 2 I J displaystyle Delta W mu H 0 frac F F 1 I I 1 J J 1 2IJ nbsp de H 0 velichina magnitnogo polya elektroniv na misci yadra sho zalezhit vid J ta inshih kvantovih chisel a m magnitnij moment yadra 11 Maksimalna vidstan mizh liniyami takim chinom dorivnyuye D W m H 0 2 I 1 I displaystyle Delta W mu H 0 frac 2I 1 I nbsp yaksho I J abo D W m H 0 2 J 1 J displaystyle Delta W mu H 0 frac 2J 1 J nbsp yaksho J I Pravila vidboru viznachayut z yakoyi pidorbitali na yaku mozhe perejti elektron a otzhe i yaku energiyu vin mozhe pri comu viprominiti Odne z pravil viznachaye mozhlivi varianti zmini F DF 0 1 okrim vipadku F1 0 F2 0 Za velichinoyu nadtonke rozsheplennya na tri poryadki menshe za vidstan mizh komponentami tonkoyi strukturi i dlya osnovnogo stanu stanovit kilka gigagerc Dlya zbudzhenih staniv nadtonke rozsheplennya zmenshuyetsya obernenno proporcijno energiyi zv yazku zbudzhenogo elektrona v stupeni 3 2 12 Vzayemodiya z kvadrupolnim elektrichnim momentom Redaguvati Elektrichnij dipolnij moment yadra dorivnyuye nulyu v osnovnomu stani cherez parnist kvadratu jogo hvilovoyi funkciyi yadra 13 prote yadro yaksho vono ne kulyaste maye kvadrupolnij moment vzayemodiya z yakim prizvodit do dodatkovogo rozsheplennya spektralnih linij 14 Kvadrupolne rozsheplennya ye znachno menshim za rozsheplennya pov yazane z magnitnoyu vzayemodiyeyu Znachennya RedaguvatiViznachennya spinu yadra za dopomogoyu analizu nadtonkoyi strukturi Redaguvati Pri J gt I vivchennya nadtonkoyi strukturi spektru dozvolyaye legko diznatis spin yadra u comu vipadku dostatno prosto pidrahuvati kilkist linij na yaki rozpadayetsya spektralna liniya vono bude rivnim 2I 1 U vipadku koli J lt I isnuyut bilsh tonki sposobi pidrahuvati spin yadra Pravilo intervaliv Redaguvati Pidrivni energetichnogo rivnya yakim vidpovidayut spektralni liniyi nadtonkogo rozsheplennya harakterizuyutsya odnimi i timi zh kvantovimi chislami I i J prote riznimi F Vidstan mizh pidrivnyami yakim vidpovidayut kvantovi chisla F i F 1 v takomu vipadku proporcijna F 1 Takim chinom vidstani mizh liniyami nadtonkoyi strukturi vidnosyatsya mizh soboyu yak F F 1 F 2 Viznachivshi takim chinom usi znachennya yaki mozhe nabuvati F spin yadra mozhna viznachiti vihodyachi z togo sho maksimalne znachennya Fmax I J 15 Porivnyannya intensivnostej linij Redaguvati U zovnishnomu magnitnomu poli povedinka atoma viznachayetsya sumarnim momentom F a ne okremimi momentami elektroniv i yadra atom mozhe oriyentuvatisya u nomu 2F 1 riznimi sposobami proyekciya vektora F bude prijmati znachennya vidpovidno vid F do F Vidpovidno virodzhennist energetichnogo pidrivnya takozh bude dorivnyuvati 2F 1 sho pri rivnosti inshih umov prizvodit do togo sho intensivnosti linij nadtonkoyi strukturi takozh budut spivvidnositis u tij zhe proporciyi Porivnyuyuchi ci intensivnosti mozhna vstanoviti F 16 Cej metod ye mensh tochnim nizh pravilo intervaliv a tomu maye sens lishe koli kilkist linij u nadtonkij strukturi deyakogo energetichnogo rivnya mensha troh Takij vipadok harakternij dlya luzhnih metaliv napriklad natriyu Vikoristannya dlya radioastronomiyi Redaguvati Osnovnij riven energiyi vodnyu rozsheplyuyetsya na dva blizkih pidrivnya zalezhnosti vid togo paralelnimi chi antiparalelnimi ye napryamki spiniv yadra j elektrona Pri perehodi mizh cimi rivnyami viprominyuyetsya foton z chastotoyu 1420 4 MGc sho vidpovidaye dovzhini hvili 21 1 sm Chas spontannogo perehodu ye znachnim blizko 11 miljoniv rokiv 6 Temperatura zbudzhennya zvorotnogo perehodu skladaye lishe 0 068 K tomu takij perehid vidbuvayetsya pri zitknennyah atomiv mizh soboyu abo z fotonami Yak rezultat u hmarah mizhzoryanogo nejtralnogo vodnyu isnuye dinamichna rivnovaga mizh zbudzhenim i nezbudzhenim stanom Hocha energiya takogo viprominyuvannya ye duzhe neznachnoyu prote zavdyaki rozpovsyudzhenosti vodnyu u Vsesviti doslidzhennya viprominyuvannya na cij chastoti daye vazhlivu informaciyu pro rozpodil rechovini v kosmosi Generatori chastoti Redaguvati Zavdyaki visokij tochnosti j stabilnosti perehodi mizh rivnyami nadtonkoyi strukturi zastosovuyutsya dlya duzhe tochnogo vimiryuvannya chasu Poshirenim variantom ye vodnevij generator chastoti sho vikoristovuye opisanij vishe perehid mizh rivnyami nadtonkoyi strukturi vodnyu v slabkomu magnitnomu poli pid chas yakogo viprominyuyetsya hvilya dovzhinoyu 21 1 sm Dlya togo shob atomi shvidko perehodili na nizhnij energetichnij stan puchok atomarnogo vodnyu u zbudzhenomu stani spryamovuyut v ob yemnij rezonator nalashtovanij na vidpovidnu chastotu viprominyuvannya 17 Skladnoshi eksperimentalnogo doslidzhennya RedaguvatiPopri duzhe malu vidstan mizh liniyami rozdilnoyi zdatnosti navit prostih interferometriv takih yak interferometr Fabri Pero dostatno dlya yih rozdilennya Golovnoyu skladnistyu pri comu ye shirina samih linij Doplerivske rozshirennya zumovlene doplerivskim zsuvom spektriv atomiv cherez yih teplovij ruh robit shirinu linij bilshoyu nizh vidstan mizh nimi 18 Tak napriklad dlya povnogo rozdilennya linij natriyu jogo potribno oholoditi do 5K sho na praktici vazhko realizuvati adzhe ci atomi postijno osvitlyuyutsya Dlya virishennya ciyeyi problemi mozhna vikoristovuvati puchki shvidkih atomiv sho ruhayutsya perpendikulyarno napryamku sposterezhennya Dlya vazhchih atomiv shvidkosti teplovogo ruhu menshi tomu mozhe vikoristovuvatisya zvichajnij tliyuchij rozryad Div takozh RedaguvatiTonka struktura Nadtonka vzayemodiya Primitki Redaguvati a b Advances in Quantum Chemistry 1965 s 47 Sivuhin 1989 s 36 a b IZOTOPIChESKIJ EFFEKT V ATOMNYH SPEKTRAH Arhivovano 8 serpnya 2017 u Wayback Machine ros Advances in Quantum Chemistry 1965 s 48 Vidkrittya nejtron Arhiv originalu za 1 veresnya 2017 Procitovano 28 chervnya 2017 a b Radioliniya vodoroda 21 sm Arhivovano 1 zhovtnya 2020 u Wayback Machine ros lembovskij sdvig Arhivovano 14 lipnya 2017 u Wayback Machine ros V POGONE ZA TOChNOSTYu EDINYJ ETALON VREMENI ChASTOTY DLINY Arhivovano 13 lyutogo 2019 u Wayback Machine ros Putilov Fabrikant 1963 s 323 Magnitnyj dipolnyj moment yadra Arhivovano 24 chervnya 2017 u Wayback Machine ros SVERHTONKAYa STRUKTURA I ATOMNOE YaDRO Arhivovano 10 serpnya 2017 u Wayback Machine ros sverhtonkaya struktura Arhivovano 9 lipnya 2017 u Wayback Machine ros Varlamov Goncharova Ishhanov 2010 s 28 Landau Lifshic 1989 s 579 Sivuhin 1989 s 42 Sivuhin 1989 s 43 vodorodnyj generator Arhivovano 16 lipnya 2019 u Wayback Machine ros Sivuhin 1989 s 37 Literatura RedaguvatiAdvances in Quantum Chemistry Per Olov Lowdin Nyu Jork Academic Press Inc 1965 T 2 371 s ISBN 978 008 058 227 6 Glosarij terminiv z himiyi uklad J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Don Veber 2008 738 s ISBN 978 966 335 206 0 Putilov K A Fabrikant V A Optika atomnaya fizika yadernaya fizika Kurs fiziki Druge M Gosudarstvennoe izdatelstvo fiziko matematicheskoj literatury 1963 T III 634 s Landau L D Lifshic E M Kvantovaya mehanika nerelyativistskaya teoriya Teoreticheskaya fizika Ucheb posobie dlya vuzov 4 M Nauka 1989 T III 768 s ISBN 5 02 014421 5 D V Sivuhin Chast 1 Atomnaya fizika Obshij kurs fiziki M Nauka 1986 T V Atomnaya i yadernaya fizika 426 s ISBN 5 02 014053 8 V V Varlamov N G Goncharova B S Ishhanov Fizika yadra i banki yadernyh dannyh M Universitetskaya kniga 2010 246 s ISBN 978 5 91304 106 7 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Nadtonka struktura amp oldid 38505243