December 10 2016 05:01:23
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
ридберговские состояний
Физические основы информацииp style="text-align:justify;text-indent:35pt;">В лабораторных условиях регистрируется селективное заселение высоковозбуждённых состояний атома водорода с img183, что открывает возможности для прецизионных измерений фундаментальных атомных постоянных. В космическом пространстве встречаются возбужденные атомы водорода с img184. Поскольку размер атома в возбужденном состоянии ~n2 r0 , то для n ≥ 1000 этот размер ≥50мкм. Высоковозбужденные состояния атома водорода получили название ридберговских состояний.

Кроме движения, соответствующего стационарным состояниям с постоянной энергией, электрон может совершать качественно другое движение, соответствующее переходам между разными стационарными состояниями. Эти переходы (квантовые скачки) не имеют классического аналога и согласно формализму нерелятивистской квантовой механики происходят мгновенно. Именно при таких переходах осуществляется обмен энергией между атомом и внешним электромагнитным полем. Если происходит взаимодействие атома с переменным во времени электромагнитным полем, то в соответствии со вторым постулатом Бора закон сохранения энергии записывается в виде

img185,                                                                                                                           (II.4.12)

где img186 – энергия фотона (кванта) электромагнитного поля с частотой w, знак “+” соответствует переходу электрона из стационарного состояния с большей энергией Em в состояние с меньшей энергией En, когда происходит излучение фотона с частотой w, знак “–“ соответствует переходу электрона из стационарного состояния с меньшей энергией Em в стационарное состояние с большей энергией En, когда происходит поглощение фотона с частотой w.

Простая теория Бора не учитывает все возможные движения электрона, в частности, по эллиптическим орбитам. Кроме того, она, вообще говоря, не применима к атомам, где число электронов больше одного. В ней не учитываются магнитные взаимодействия, наличие спина у электрона и нуклонов, релятивистские эффекты. Главное достоинство этой теории заключается в том, что на эвристическом уровне была показана важность квантования физических величин, а также существование неклассических движений.

Согласно формализму нерелятивистской квантовой теории нахождение характеристик стационарных состояний атома водорода сводится к решению стационарного уравнения Шредингера, где оператор полной энергии есть сумма оператора кинетической энергии электрона и оператора потенциальной энергии кулоновского взаимодействия электрона с неподвижным протоном

img187                                                                         (II.4.13а)

при граничных условиях

img188,      img189,                                                               (II.4.13б)

где img190, img191, начало системы координат x = y = z = 0 совмещено с точкой, в которой находится протон.

Анализ показывает, что операторы полной энергии img192, квадрата момента импульса img193 относительно точки, где находится протон, и проекции момента импульса img194 на произвольную ось z, проходящую через центр атома, коммутируют. Отсюда следует, что в стационарных состояниях атома водорода сохраняются постоянными не только энергия, но и квадрат момента импульса вместе с проекцией момента импульса на произвольную ось z. При этом волновые функции стационарных состояний одновременно являются собственными функциями всех трех операторов img195, img196 и img197.

Трем сохраняющимся величинам соответствуют три квантовых числа, определяющих стационарные состояния атома водорода:

1) главное квантовое число n, задающее величину энергии,

img198,     n=1,2,3, …;                                       (II.4.14)

2) азимутальное квантовое число , задающее величину квадрата момента импульса,

img199,   =0,1,2,…,n-1;

3) магнитное квантовое число m, задающее проекцию момента импульса на ось z,

img200,   m=-,-(-1),…,0,…,-1,.                                               (II.4.16)

Согласно (II.4.14) энергия стационарных состояний не зависит от азимутального квантового числа и магнитного квантового числа m. Такие состояния называются вырожденными. Кратность вырождения (полное число различных стационарных состояний с одинаковой энергией) стационарного состояния определяется главным квантовым числом и равна

img201.                                                                                                                           (II.4.17)

Вырожденность энергетических уровней есть следствие симметрии системы. Внешние поля меняют симметрию системы, что может привести к полному или частичному снятию вырождения.

Экспериментальное изучение энергетических спектров атомов основано на измерении частот электромагнитного излучения, на которых происходит излучение или поглощение атомов. Исследование спектров щелочных металлов показало, что каждая линия этих спектров является дублетом, т.е. состоит из двух отдельных линий. Для объяснения данного расщепления спектральных линий в 1925 г. С. Гаудсмит и Д. Уленбек выдвинули гипотезу о наличии у электрона собственного момента импульса – спина, не связанного с движением центра масс электрона. Величина спинового момента электрона

img202,                                                                                                                           (II.4.18)

где s = 1/2. Спиновое движение электрона обуславливает его собственный магнитный момент

img203.                                                                                  (II.4.19)

С орбитальным движением электрона вокруг ядра связан дополнительный магнитный момент

img204,                                                                                  (II.4.20)

где

img205                   (II.4.21)

- магнетон Бора (единица магнитного момента в атомной физике).

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 4,204,187 уникальных посетителей