Спектр атома водню: відмінності між версіями
| [перевірена версія] | [перевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
Yuriz (обговорення | внесок) →Воднеподібні серії рівнів: уточнення |
Olvin (обговорення | внесок) Немає опису редагування |
||
Рядок 13:
До складу атома водню входить ядро з [[маса|масою]] M і [[Електричний заряд|зарядом]] +e та електрон із зарядом -e. Взаємодія між ними — [[закон Кулона|кулонівське притягання]].
[[Гамільтоніан]] атома водню має вигляд <ref group="Прим.">{{Gauss system}}</ref>
: <math> \hat{H} = - \frac{\hbar^2}{2M} \nabla_R^2 - \frac{\hbar^2}{2m} \nabla_r^2 - \frac{e^2}{| \mathbf{R} - \mathbf{r}|} </math>,
Рядок 59:
квантового числа n. Кожен з енергетичних рівнів атома водню, крім першого, [[виродження (фізика)|вироджений]]. Одному значенню енергії відповідає
n<sup>2</sup> можливих функцій, а з урахуванням спіну — 2n<sup>2</sup>.
<ref group="Прим.">Це виродження є характерною особливістю атома водню. Для інших атомів рівні енергії
залежать як від основного кватового числа n, так і від орбітального квантового числа l. Залишається лише виродження
відносно магнітного квантового числа m і спіну. Це виродження знімається зовнішнім магнітним полем.</ref>
Рядок 121:
Кожен такий рівень усе ще 2(2j+1) разів вироджений.
Наприклад, основний стан має l = 0, j = s = 1/2. Цей стан позначається 1S<sub>1/2</sub> <ref group="Прим.">Про те, як позначаються стани див. статтю [[Електронні терми атомів]]</ref>. Він двократно вироджений і два можливі стани відповідають різним проекціям спіна <math> s_z = \pm 1/2 </math>.
Перший збуджений стан розщеплюється на два:
Рядок 130 ⟶ 128:
== Надтонка структура ==
Основний енергетичний стан нейтрального атома Гідрогену розщеплюється на два близькі підрівні: верхній (збуджений) рівень відповідає паралельним [[спін]]ам ядра та електрона, а нижній (основний) — антипаралельним. Перехід між ними пов'язаний із випромінюванням (або поглинанням) кванта з енергією ~ 5,874 33 µ[[Електронвольт|eV]]<ref name="Hyperphysics">{{cite web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html|title=The Hydrogen 21-cm Line|date=2004-10-30|publisher=Georgia State University|accessdate=2008-09-20|work=Hyperphysics}}</ref>, що відповідає частоті {{nobr|1 420 405 751,7667 ± 0,0009 Hz}}<ref name=PhysRevA_68_052503/> ([[довжина хвилі|довжині хвилі]] у [[вакуум]]і — {{nobr|21,106 114 542 см}}). Цей перехід є [[Заборонені лінії|забороненим]] (в електродипольному наближенні), однак він дозволений у магнітодипольному наближенні, щоправда, із надзвичайно малим коефіцієнтом — 2,9{{e|−15}} с<sup>−1</sup>, тобто, середній час існування збудженого стану становить близько 11 мільйонів років<ref name="shkl_1949"/>.
Спонтанний перехід у лабораторних умовах має дуже низьку інтенсивність. Але в астрономічних масштабах, завдяки поширеності атомарного Гідрогену, лінія досить інтенсивна. Вона лежить у мікрохвильовому діапазоні, в якому [[Атмосфера Землі|земна атмосфера]] майже прозора, тому її можна спостерігати безпосередньо з поверхні Землі. Дослідження лінії в [[Радіоастрономія|радіоастрономії]] дає надзвичайно важливу інформацію про розподіл нейтрального Гідрогену в [[Міжзоряне середовище|міжзоряному середовищі]] та [[галактика]]х<ref name="aes_392"/>.
Вимушене випромінювання на лінії 21 см застосовується для побудови {{нп|Гідрогеновий мазер|гідрогенового мазера||Hydrogen maser}} (квантового генератора частоти), що має досить високу точність (~10<sup>−13</sup>)<ref name="Гайгеров_1972"/>.
{{Докладніше1|[[Радіолінія Гідрогену 21 см]]}}
== Лембів зсув ==
Рядок 158 ⟶ 162:
== Примітки ==
{{reflist|group="Прим."}}
== Джерела ==
{{reflist|
<ref name=PhysRevA_68_052503>{{cite journal|title=Proton Zemach radius from measurements of the hyperfine splitting of hydrogen and muonic hydrogen|first1=Arnaud|last1=Dupays|first2=Alberto|last2=Beswick|first3=Bruno|last3=Lepetit|first4=Carlo|last4=Rizzo|journal=Physical Review A|volume=68|issue=5|date=August 2003|doi=10.1103/PhysRevA.68.052503|url=https://hal.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/561/filename/hfspra.pdf|arxiv=quant-ph/0308136|bibcode=2003PhRvA..68e2503D}}</ref>
<ref name="Гайгеров_1972">{{cite journal|last=Гайгеров Б. А. и др.|title=Квантовая мера частоты на водородном генераторе|journal=Измерительная техника|date=1972|issue=11|url=http://femto.com.ua/articles/part_1/0535.html|accessdate=2017-09-22}}</ref>
<ref name="shkl_1949">{{cite journal|last=Шкловский|first=И.С.|journal=Астрономический журнал|date=1949|volume=26|issue=10}}</ref>
<ref name="aes_392">{{А-Е-С|Радіолінія водню 21 см|392|r}}</ref>
}}
== Посилання ==
* {{книга
|автор = [[Білий Михайло Улянович|Білий М. У.]], Охріменко Б. А.
| |||