![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лекция 17. Тонкая структура термов. Лэмбовский сдвиг
Учет спина электрона приводит к существенному изменению описания стационарных состояний атома. В этом случае каждое состояние описывается четверкой квантовых чисел: энергия спин–орбитального взаимодействия
Для сравнения с опытом необходимо вычислить среднее значение энергии взаимодействия в n –ом состоянии:
При спин–орбитальном взаимодействии длины векторов
Для изолированной системы полный момент импульса сохраняется, т.е. длина вектора
Проекции вектора
где в случае водородоподобного атома число j при фиксированном значении числа
Полное число значений, которое принимает внутреннее квантовое число - мультиплетность состояний (Каталан, 1923). Для атомов с одним электроном мультиплетность равна 2. Говорят, что состояния одноэлектронных атомов дублеты. С учетом спина каждое состояние водородоподобного атома и его уровни энергии расщепляются на два, кроме s –состояния, которое не расщепляется, а только несколько смещается. Расщепление уровней энергии, обусловленное спином электрона и релятивистскими эффектами - тонкая структура термов. Возможность переходов между различными состояниями определяется правилами отбора не только для квантовых чисел
Правила (3.25) связаны с законом сохранения момента импульса в системе «атом + фотон». к расщеплению уровней энергии приводят также чисто релятивистские эффекты, так что
Такое же приближенное выражение получается в последовательной релятивистской теории Дирака (1928).
Лэмб и Ризерфорд выполнили решающий эксперимент. Они показали, что в отличие от выводов из формулы Дирака (3.26), состояния Уровень
Важное значение опыта Лэмба -Ризерфорда в том, что он показал ограниченность теории Дирака и стимулировал развитие релятивистской квантовой теории взаимодействия электрона с электромагнитным полем. В то время теория Дирака считалась самой последовательной теорией, поскольку она была релятивистской и автоматически учитывала спин электрона. Поиски объяснения лэмбовского сдвига привели к коренному пересмотру основ квантовой теории и возникновению квантовой электродинамики и квантовой теории поля. Оказалось, что вакуум, в котором находятся электроны и ядро атома, нельзя рассматривать как пустоту, которая ничего не содержит. Напротив, вакуум обладает определенными физическими свойствами. В частности, существуют нулевые колебания вакуума. Эти колебания вызывают «дрожание» электрона в атоме, так что его потенциальная энергия изменяется. Это и приводит к лэмбовскому сдвигу.
|