Students.by - это живая энциклопедия белорусского студента (статьи, книги, мультимедиа). Еще мы предлагаем поиск по лучшим полнотекстовым научным хранилищам Беларуси!
 |
 |
|
|
|
|
|
  
|
|
Тонкая структура атома водорода. Рассмотренная выше релятивистская квантовомеханическая теория уровней в основном подтверждалась анализом атомных спектров, однако не объясняла расщепление и тонкую структуру энергетических уровней атома водорода. Объяснить тонкую структуру уровней атомарного водорода позволил учет двух специфических релятивистских эффектов: спин-орбитального взаимодействия и зависимости массы электрона от скорости. Концепция спина электрона, первоначально возникшая из анализа экспериментальных данных, получила теоретическое обоснование в разработанной П.Дираком релятивистской теории, из которой следовало, что электрон обладает собственным моментом количества движения, или спином, 
и соответствующим магнитным моментом  . Спиновое
квантовое число s равно
1/2, а проекция спина на фиксированную ось принимает значения ms
= ±1/2.
Электрон, двигаясь по орбите в радиальном электрическом поле ядра, создает
магнитное поле. Взаимодействие собственного магнитного момента электрона
с этим полем называется спин-орбитальным взаимодействием.
Дополнительный вклад в тонкую структуру дает релятивистская поправка к кинетической энергии, возникающая благодаря высокой орбитальной скорости электрона. Этот эффект был впервые обнаружен Н.Бором и А.Зоммерфельдом, которые показали, что релятивистское изменение массы электрона должно вызывать прецессию его орбиты. Учет спин-орбитального взаимодействия и релятивистской поправки к массе электрона дает следующее выражение для энергии тонкого расщепления уровней:
где
a
= e2/ћc
»1/137.
Полный угловой момент электрона |
|
|
|
равен 
+
s.
Для данного значения l
квантовое число j
принимает положительные значения j
= l
± s
(j
= 1/2 для l
= 0). Согласно спектроскопической номенклатуре состояние с квантовыми
числами n,
l,
s,
j
обозначается как n2s
+ llj.
Это значит, что 2p
уровень водорода с n
= 2 и j
= 3/2 запишется в виде 22p3/2.
Величина 2s +
1 называется мультиплетностью; она показывает число состояний, связанных
с данным значением s.
Заметим, что энергия расщепления уровня при данном n
зависит только от j,
но не от l
или s
в отдельности. Таким образом, согласно вышеприведенной формуле 22s1/2
и 22p1/2
уровни тонкой структуры вырождены по энергии. Подобным образом вырождены
и уровни 32p3/2
и 32d3/2.
Эти результаты согласуются с выводами теории Дирака, если пренебречь членами
aZ
более высокого порядка. Разрешенные переходы определяются правилами отбора
по j:
Dj
= 0, ±1
(исключая j
= 0 ®
0).
