December 10 2016 04:59:44
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
автоионизация атома
Физические основы информации

Если слабые электрическое и магнитное поля выявляют скрытую структуру энергетического спектра (снимают вырождение по энергии), то сильные поля возбуждают качественно новые движения электронов в атоме. Если величина электростатического поля становится сравнимой с величиной внутриатомного электрического поля

img223,                                                                                      (II.4.30)

то деформация кулоновской потенциальной ямы делает потенциальный барьер для атомных электронов конечной толщины, обеспечивающей заметную вероятность туннельного эффекта. Туннельный эффект заключается в переходе электрона из связанного состояния дискретного спектра в состояние сплошного спектра с инфинитным  движением. Иначе говоря, наблюдается автоионизация атома. Если внешнее поле достигает величины

img224,                                                                                                                           (II.4.31)

для состояния с главным квантовым числом n потенциальный барьер вообще исчезает. Автоионизация используется в микроскопии с целью увеличения изображения элементов поверхности твердых тел, для создания ионных источников, применяемых в масс-спектроскопии, наблюдения специфических химических реакций, протекающих только в сильных электростатических полях.

Характерное внутриатомное магнитное поле по порядку величины

img225,                                                                                      (II.4.32)

где img226 – постоянная тонкой структуры,|E1| = 13,6 эВ – энергия ионизации атома водорода в основном состоянии, img227 – магнетон Бора. При B ³ Ba  характер движения атомных электронов качественно меняется. Движение электрона в плоскости, перпендикулярной вектору img228, определяется радиусом его циклотронной орбиты и характеризуется энергетическим спектром уровней Ландау

img229,   N = 0,1,2,… ,                                          (II.4.33)

где img230. Продольное движение (вдоль вектора img231) происходит в одномерном кулоновском потенциале с энергетическим спектром

img232,                                                                                          (II.4.34)

где n* – «эффективное» главное квантовое число, определяемое граничными условиями. В случае g >> 1  n*=1,2,… , а энергетический спектр (II.4.34) подобен энергетическому спектру водородоподобных атомов за исключением основного состояния, энергия которого логарифмически убывает с ростом g.

Интересно отметить, что резонанс периодических поперечных и продольных движений в сильном магнитном поле может привести к стохастическому (случайному) движению электрона. Причина стохастизации заключается в том, что уравнения движения электрона в магнитном поле в отличие от случая электрического поля не допускают разделения переменных, а поэтому не содержат дополнительных интегралов движения в виде констант разделения переменных. Уменьшение числа сохраняющихся интегралов приводит в области сильных полей к неустойчивости и стохастизации движения. Обзор некоторых проблем в изучении эффектов Штарка и Зеемана можно найти в обзоре В.С. Лисица: «Новое в эффектах Штарка и Зеемана для атома водорода» УФН, 1982, т.153, № 3, с.379-421.

В 1947г. У. Лэмб и Р. Ризерфорд экспериментально измерили смещение уровня 2s1/2 относительно уровня 2p1/2 в атоме водорода. Нерелятивистская квантовая механика Шредингера и релятивистская квантовая теория Дирака не объясняют этого сдвига. Теория лэмбовского сдвига была дана Х. Бете в 1948г. на основе использования двух явлений. Во-первых, испускания и поглощения виртуальных фотонов, меняющих массу и магнитный момент электрона. Во-вторых, рождения и аннигиляции электрон-позитронных пар, что изменяет кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоновской длины волны электрона ~10-13м. Виртуальные частицы имеют те же квантовые числа, что и соответствующие реальные частицы, но для которых не выполняется релятивистское соотношение между энергией и импульсом – e2 ¹ p2c2 + m2c4. Возможность такого нарушения вытекает из соотношения неопределенностей. Взаимодействие атома водорода с виртуальными частицами, определяющими свойства физического вакуума, говорит о незамкнутости атомов. Современный расчет сдвига Лэмба базируется на квантовой электродинамике и дает величину лэмбовского сдвига (частоты перехода) между уровнями 2s1/2 и 2p1/2 1057,87 Мгц, что очень хорошо согласуется с экспериментальными результатами.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,204,164 уникальных посетителей