Хэт нарийн бүтэцтэйЭрчим хүчний түвшний (хэт нарийн хуваагдал) - атом, молекул эсвэл болорын энергийн түвшинг хэд хэдэн болгон хуваах. соронзон харилцан үйлчлэлийн улмаас дэд түвшний . соронзон бүхий цөмийн момент ch-ийн үүсгэсэн талбар. арр. электронууд, түүнчлэн нэг төрлийн бус дотоод атомын цахилгаантай харилцан үйлчлэл. талбар. Оптик дээр хэт нарийн түвшний хуваагдлаас болж. атом ба молекулуудын спектрүүдэд нэг спектрийн шугамын оронд маш ойрхон шугамын бүлэг гарч ирдэг - S. s. спектрийн шугамууд.

Хэрэв атомын цөм эсвэл молекулын атомын аль нэг нь спинтэй бол I, дараа нь S. s-ийн дэд түвшин бүр. нийт моментээр тодорхойлогддог F = Ж+ 7, хаана Жнь нийт электрон импульс ба цөмийн тойрог замын хөдөлгөөний импульсийн вектор нийлбэр юм. Фбүрэн агшин зуурын утгууд дамждаг F = |J - I|, |J - I| + 1,..., J+I (ЖТэгээд I- бүрэн механикийн квант тоо электрон ба цөмийн эргэлтийн момент). Хэзээ дэд түвшний тоо 2I + 1, хэзээ Ж< I тэнцүү байна 2J+ 1. Дэд түвшний энергийг дараах байдлаар бичнэ.

S. s-ийг үл тоомсорлож буй түвшний энерги хаана байна, соронзны энерги. диполь-диполь харилцан үйлчлэл, - цахилгаан эрчим хүч. дөрвөлсөн туйлын харилцан үйлчлэл.

Атом ба ионуудад үндсэн. Соронзон үүрэг гүйцэтгэдэг. харилцан үйлчлэл, түүний энерги

тогтмол А(Гц) нь соронзон операторын нийлбэр F моменттэй төлөвийн дундажаар тодорхойлогдоно. Цөмийн моменттой электронуудын харилцан үйлчлэл Харьцлын хэмжээ нь пропорциональ байна. цөмийн магнетон", Бор магнетон хаана байна, Т- электрон масс ба m р - протоны масс. S. s-ийн дэд түвшний хоорондох зай. атом дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох зайнаас ойролцоогоор 1000 дахин бага байдаг нарийн бүтэц. Нэг буюу хэд хэдэн дарааллаар хэт нарийн хуваах онцлог шинж чанарууд. GHz. Өдөөгдсөн энергийн түвшний хэт нарийн хуваагдал нь пропорциональ хэмжээгээр буурдаг. өдөөгдсөн электроныг холбох энерги нь 3/2-ийн хүчин чадалтай бөгөөд электроны тойрог замын импульс нэмэгдэх тусам хурдан буурдаг. Устөрөгчтэй төстэй атомуудын хувьд (H, He + гэх мэт)

Хаана - Rydberg тогтмол, - нарийн бүтцийн тогтмол, З- цөмийн цэнэг (электрон нэгжээр), nТэгээд л- үндсэн ба тойрог замын квант тоо, g I- цөмийн Лэндийн үржүүлэгч.Цахилгаан. Бөмбөрцөг бус хувьд дөрвөлжин туйлын харилцан үйлчлэл байдаг. цөм s. Энэ нь атомын дэд түвшний энергид залруулга өгдөг

Тогтмол INквадруполь харилцан үйлчлэлийн операторын нийлбэр F моменттэй төлөвийн дундажаар тодорхойлогдоно

Хаана би, к = 1, 2, 3, - Кронекерийн тэмдэг.Ихэвчлэн квадруполь харилцан үйлчлэлийн тогтмол INтогтмол хэмжээнээс нэгээс хагас дахин бага хэмжээтэй байна А. Quadrupole харилцан үйлчлэл нь Lande интервалын дүрмийг зөрчихөд хүргэдэг.

Системийн дэд түвшний хоорондох диполь шилжилтийн хувьд. янз бүрийн түвшинд хийгддэг сонгох дүрэм:. S. s-ийн дэд түвшний хооронд. Соронзыг ижил түвшинд зөвшөөрдөг. дээрх сонголтын дүрмээр диполь шилжилт, түүнчлэн цахилгаан сонгон шалгаруулах дүрэмтэй дөрвөлжин шилжилтүүд.

Газрын электрон төлөвт байгаа бараг бүх молекулууд нийт механик шинж чанартай байдаг электронуудын момент тэг ба соронзон. S. s. хэлбэлзэлтэй-эргэдэг. эрчим хүчний түвшин ch. арр. молекулын эргэлттэй холбоотой. Хоёр атомт, шугаман полиатом молекулууд ба тэгш хэмтэй дээд хэлбэрийн молекулуудын хувьд (үзнэ үү. Молекул), спинтэй нэг цөм агуулсан Iмолекулын тэнхлэг дээр,

Хаана Ж ба К- нийт эргэлтийн квант тоо. момент ба түүний дээд тэнхлэг дээрх проекц. Маг. хуваах давтамж 1-100 кГц байна. Хэд хэдэн хүн ээрэх бол. молекулын цөм, дараа нь соронзон цөмийн моментуудын харилцан үйлчлэл, нэмэлт мөчүүд үүсдэг. хэд хэдэн хуваах захиалга. кГц. Соронзон S. s. Электрон момент бүхий молекулуудын энергийн түвшин атомуудынхтай ижил дараалалтай байна.

Хэрэв молекул төлөв байдалд байгаа бол тэнхлэг дээрээ c цөм агуулж байвал Ч. Квадруполь хуваагдал нь дараахь үүрэг гүйцэтгэдэг.

Энд (Гц) нь өгөгдлийн түвшний тогтмол шинж чанар юм TOТэгээд Ж. Квадруполь хуваагдлын хэмжээ нь хэдэн арван, хэдэн зуун МГц байдаг.

Уусмал, шил, талстуудад S. s. Жишээ нь, торны согог дээр байрлах бохирдлын ионууд, чөлөөт радикалууд, электронуудын энергийн түвшин байж болно.

ялгаа. химийн изотопууд элементүүд өөр өөр байдаг цөмийн эргэлтийн утгууд ба тэдгээрийн шугамууд нь изотоп юм. ээлж. Тиймээс янз бүрийн изотопууд болон синтетик бодисуудын спектрүүд ихэвчлэн давхцдаг. спектрийн шугамууд нь илүү төвөгтэй байдаг.

Лит.:Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопи, транс. Англи хэлнээс, М., 1959; Собелман I.I., Атомын спектрийн онолын танилцуулга, Москва, 1977; Армстронг L. jr., Чөлөөт атомын хэт нарийн бүтцийн онол, N.Y.-, 1971; P a dts i g A. A., S M i r n o v B. M., Атом ба атомын ионуудын параметрүүд. Лавлах, 2-р хэвлэл, М., 1986. Е.А. Юков.

Өндөр нарийвчлалтай спектрийн багаж ашиглан шалгахад ихэнх элементийн шугамууд илэрдэг нарийн төвөгтэй бүтэц, олон талт (нимгэн) шугамын бүтцээс хамаагүй нарийн. Үүний илрэл нь цөмийн соронзон моментуудын электрон бүрхүүлтэй харилцан үйлчлэлцэхтэй холбоотой бөгөөд үүнд хүргэдэг. түвшний хэт нарийн бүтэцтэй ба түвшний изотоп шилжилттэй .

Цөмийн соронзон моментууд нь байгаатай холбоотой байдаг механик мөчүүдимпульс (эргэлт). Цөмийн эргэлтийг квантаар тодорхойлно ерөнхий дүрэммеханик моментуудын квантчлал. Хэрэв А цөмийн массын тоо тэгш бол спиний квант тоо I бүхэл тоо, хэрэв А сондгой бол I тоо хагас бүхэл тоо; Тэгш-тэгш цөм гэж нэрлэгддэг том бүлэг тэгш тоопротон ба нейтрон хоёулаа тэг спин, тэг соронзон моменттэй. Тэгш-тэгш изотопуудын спектрийн шугамууд нь хэт нарийн бүтэцтэй байдаггүй. Үлдсэн изотопууд нь тэгээс өөр механик болон соронзон моментуудтай.

Атомуудад электронууд үүсгэсэн соронзон моментуудтай адилтгаж, цөмийн соронзон моментийг хэлбэрээр илэрхийлж болно.

Цөмийн бүрхүүлийн бүтцийг харгалзан үздэг цөмийн хүчин зүйл гэж нэрлэгддэг протоны масс хаана байна (хэмжээний дарааллаар). нэгтэй тэнцүү). Цөмийн моментыг хэмжих нэгж нь цөмийн магнетон юм.

Цөмийн магнетон Бор магнетоноос =1836 дахин бага. Атом дахь электронуудын соронзон моментуудтай харьцуулахад цөмийн соронзон моментуудын бага утга нь спектрийн шугамын хэт нарийн бүтцийн нарийссан байдлыг тайлбарладаг бөгөөд энэ нь олон талт хуваагдлын дараалал юм.

Харилцааны энерги соронзон моментатомын электронтой цөм нь тэнцүү байна

цөм байрлах цэгт электронуудын үүсгэсэн соронзон орны хүч хаана байна.

Тооцоолол нь томъёонд хүргэдэг

Энд А нь өгөгдсөн түвшний зарим тогтмол утга, F нь цөмийн нийт өнцгийн импульсийн квант тоо, ба электрон бүрхүүл

үнэт зүйлсийг авдаг

F=J+I, J+I-1,…, |J-I|. (7.6)

Хэт нарийн хуваагдал нь цөмийн цэнэгийн Z нэмэгдэх тусам атомын иончлолын зэрэг нэмэгдэх тусам атомын үлдэгдлийн цэнэгтэй ойролцоогоор пропорциональ нэмэгддэг. Хэрэв хөнгөн элементүүдийн хувьд хэт нарийн бүтэц нь маш нарийн (зууны дарааллаар) байвал Hg, T1, Pb, Bi зэрэг хүнд элементүүдийн хувьд төвийг сахисан атомын хувьд, ионуудын хувьд хэд хэдэн утгад хүрдэг.

Зураг дээр жишээ болгон. Зураг 7.1-д натрийн резонансын давхаргын (шилжилтийн) түвшин ба шугамын хэт нарийн хуваагдлын диаграммыг үзүүлэв. Натри (Z=11) нь зөвхөн нэг юм тогтвортой изотопмассын тоо A=23. Цөм нь тэгш сондгой бөөмийн бүлэгт хамаарах ба I=3/2 спинтэй. Цөмийн соронзон момент 2.217 байна. Давхаргын хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн нийтлэг доод түвшин нь F=1 ба 2 гэсэн хоёр хэт нарийн түвшинд хуваагдана. Түвшин нь дөрвөн дэд түвшинд (F=0, 1, 2, 3) хуваагдана. Түвшин хуваах утга нь 0.095 байна. Дээд түвшний хуваагдал нь хамаагүй бага байдаг: түвшний хувьд энэ нь 0.006-тай тэнцүү, түвшний хувьд бүрэн хуваагдал нь 0.0035 байна.

Спектрийн шугамын хэт нарийн бүтцийг судлах нь цөмийн механик ба соронзон момент зэрэг чухал хэмжигдэхүүнүүдийг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Цөмийн эргэлтийн утгыг тодорхойлох жишээТаллийн цөмийн момент болон = 535.046 нм шугамын бүтцийг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тооноос шууд тооцоолж болно. Бүтэн зурагтүвшний хуваалтыг 7.2-р зурагт үзүүлэв. Талли нь хоёр изотоптой: ба , байгалийн хольц дахь хувь нь: -29.50% ба - 70.50%. Таллийн хоёр изотопын шугамууд нь нм-тэй тэнцүү изотопын шилжилтийг мэдэрдэг. Хоёр изотопын хувьд цөмийн спин нь I=1/2 байна. Хуваах схемийн дагуу түвшин нь хоёр дэд түвшнээс бүрддэг тул түвшнээс түвшинд шилжих үед гарч ирэх nm-тэй таллийн шугам нь 2:5:1 эрчимтэй харьцаатай гурван хэт нарийн хуваагдлын бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ гэж хүлээх хэрэгтэй. дэд түвшний хоорондох зайтай бөгөөд түвшин нь мөн хоёр дэд түвшинд хуваагдана. Дэд түвшний хоорондох зай нь үл тоомсорлодог тул спектроскопийн ажиглалт нь изотоп тус бүрд нм () зайд байрлах хоёр хэт нарийн хуваагдлын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг илрүүлдэг. J = 1/2 үед бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо 2I+1 =2 тул таллийн цөмийн спин нь I =1/2 байгааг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо харуулж байна. Quadrupole moment Q = 0. Энэ нь нэр томьёоны хуваагдал нь маш бага бөгөөд спектроскопийн аргаар шийдвэрлэх боломжгүй гэдгийг харуулж байна. Энэ нэр томьёоны ер бусын нарийхан хуваагдал нь тохиргооноос болж хямарч байгаатай холбон тайлбарладаг. Нийт тооэнэ шугамын бүрэлдэхүүн хэсэг нь дөрөвтэй тэнцүү байна. А ба В бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь илүү түгээмэл изотопуудад, харин B бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь илүү ховор байдаг. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоёр бүлэг нь бие биенээсээ харьцангуйгаар шилжиж, илүү хүнд изотоп нь спектрийн ягаан тал руу шилжсэнтэй тохирч байна. A: эсвэл B: b бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн эрчмийн харьцааг хэмжих нь байгалийн хольц дахь изотопын агууламжийг тодорхойлох боломжийг олгодог.

7.4. Суурилуулалтын тодорхойлолт.

Спектрийн шугамын HFS-ийг зөвхөн өндөр нарийвчлалтай багаж, жишээлбэл, Fabry-Perot интерферометр (FPI) ашиглах үед ажиглаж болно. FPI нь нарийн спектрийн интервалтай төхөөрөмж юм (жишээлбэл, толин тусгалуудын хоорондох зай t = 5 мм FPI-д λ = 500 нм-ийн чөлөөт спектрийн интервал нь Δλ = 0.025 нм бөгөөд энэ интервалын Δλ дотор үүнийг судлах боломжтой. нарийн ба хэт нарийн бүтэц). Дүрмээр бол FPI нь урьдчилсан монохроматизацийн спектрийн төхөөрөмжтэй хослуулан ашиглагддаг. Энэхүү монохроматжуулалтыг гэрлийн урсгал интерферометрт орохоос өмнө эсвэл интерферометрээр дамжин өнгөрсний дараа хийж болно.

Спектрийн шугамын HFS-ийг судлах оптик схемийг Зураг дээр үзүүлэв. 7.3.

Гэрлийн эх үүсвэр 1 (өндөр давтамжийн электродгүй металлын уур бүхий VSB чийдэн) нь линз 2 (F = 75 мм) дээр FPI (3) дээр тусдаг. Хязгааргүйд локалчлагдсан интерференцийн хэв маягийг цагираг хэлбэрийн өнгөгүй конденсатор 4 (F=150мм) спектрографын (6,7,8 коллиматор, Корну призм, камерын линз) оролтын 5-р нүхний хавтгайд тусгана. спектрограф). Төв хэсэгТөвлөрсөн цагиргууд нь спектрографын ангархай (5) -аар таслагдаж, зургийн дүрсийг фокусын хавтгайд 9 шилжүүлж, гэрэл зургийн хавтан дээр тэмдэглэнэ. тохиолдолд шугамын спектрЗураг нь интерференцийн максимум ба минимумаар өндөрт огтлолцсон спектрийн шугамууд байх болно. Энэ зургийг кассет хэсгээс томруулдаг шилээр нүдээр харж болно. МТ-ийг зөв тохируулснаар зураг нь тэгш хэмтэй харагдах болно (Зураг 7.4.).

Хэдийгээр бид устөрөгчийн үндсэн төлөвийн энергийн түвшинг олох ажлыг дуусгасан ч бид үүнийг үргэлжлүүлэн судлах болно сонирхолтой систем. Энэ талаар өөр зүйл хэлэхэд, жишээлбэл, устөрөгчийн атом 21 урттай радио долгионыг шингээх эсвэл ялгаруулах хурдыг тооцоолох. см,тэр уурлах үед түүнд юу тохиолдохыг та мэдэх хэрэгтэй. Бид аммиакийн молекултай хийсэн зүйлээ хийх хэрэгтэй - энергийн түвшинг олсны дараа бид цаашаа явж, молекул цахилгаан талбарт байх үед юу болохыг олж мэдсэн. Үүний дараа нөлөөллийг төсөөлөхөд хэцүү байсангүй цахилгаан оронрадио долгион. Устөрөгчийн атомын хувьд цахилгаан орон нь бүгдийг тодорхой хэмжээгээр шилжүүлэхээс өөр түвшинд хүрэхгүй. тогтмол утга, талбайн квадраттай пропорциональ, гэхдээ энэ нь өөрчлөгдөхгүй тул бид үүнийг сонирхохгүй байна ялгааэрчим хүч. Энэ удаад чухал соронзшинэталбар. Энэ нь дараагийн алхам нь атом гадаад соронзон орон дотор байх үед илүү төвөгтэй тохиолдолд Гамильтонианыг бичих болно гэсэн үг юм.

Энэ Гамильтон гэж юу вэ? Атом яг ийм бүтэцтэй гэдгийг хэлэхээс өөр "нотолгоо" өгөх боломжгүй тул бид хариултыг танд хэлэх болно.

Гамильтон нь хэлбэртэй байна

Одоо гурван хэсгээс бүрдэж байна. Анхны гишүүн А(σ e ·σ r) илэрхийлнэ соронзон харилцан үйлчлэлэлектрон ба протоны хооронд; Энэ нь соронзон орон байхгүй байсантай адил юм. Гадны соронзон орны нөлөөлөл нь үлдсэн хоёр нэр томъёонд илэрдэг. Хоёр дахь улирал (- μ e σ e· B) хэрэв электрон тэнд ганцаараа байсан бол соронзон оронд байх энерги. Үүнтэй адил сүүлчийн гишүүн (- μ р σ р ·В) нь нэг протоны энерги байх болно. дагуу сонгодог физик, хоёулангийнх нь энерги нь тэдний энергийн нийлбэр байх болно; By квант механикэнэ бас зөв. Соронзон орон байгаатай холбоотойгоор үүсэх харилцан үйлчлэлийн энерги нь электронтой харилцан үйлчлэх энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна. соронзон оронмөн ижил талбартай протоныг сигма оператороор илэрхийлнэ. Квант механикийн хувьд эдгээр нэр томъёо нь үнэндээ энерги биш боловч энергийн сонгодог томъёог дурдах нь Гамильтоныг бичих дүрмийг санахад тусалдаг. Гэсэн хэдий ч (10.27) нь зөв Хэмилтониан юм.

Одоо та эхэндээ буцаж очоод бүх асуудлыг дахин шийдэх хэрэгтэй. Гэхдээ ихэнх ажил аль хэдийн хийгдсэн; Соронзон орон В тогтмол бөгөөд дагуу чиглэсэн гэж үзье z. Дараа нь манай хуучин Хамилтон оператор руу Нта хоёр шинэ хэсгийг нэмэх хэрэгтэй; тэднийг томилъё Н':

Энэ нь хичнээн тохиромжтой болохыг хараарай! Төлөв бүр дээр ажилладаг H' оператор нь ижил төлөвөөр үржүүлсэн тоог өгдөг. Матрицад<¡|H′| j>тиймээс л байдаг диагональ(10.28)-аас (10.13) харгалзах диагональ нөхцлүүд рүү коэффициентүүдийг нэмэх боломжтой бөгөөд ингэснээр Гамильтоны тэгшитгэл (10.14) болно.

Тэгшитгэлийн хэлбэр өөрчлөгдөөгүй, зөвхөн коэффициентүүд өөрчлөгдсөн. Тэгээд баяртай INцаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй, та өмнөх шигээ бүгдийг хийж болно.
Орлуулах ХАМТ= а л э-(¡/цаг)Et, бид авдаг

Аз болоход, эхний болон дөрөв дэх тэгшитгэл нь бусдаас хараат бус хэвээр байгаа тул ижил аргыг дахин ашиглах болно. Нэг шийдэл нь төрийн |/>, үүний төлөө

Бусад хоёр тэгшитгэл нь 2 ба коэффициентийн коэффициентүүд тул илүү их ажил шаарддаг a 3бие биетэйгээ тэнцүү байхаа больсон. Гэхдээ тэдгээр нь аммиакийн молекулын хувьд бидний бичсэн хос тэгшитгэлтэй маш төстэй юм. (7.20) ба (7.21) тэгшитгэлийг эргэн харахад бид дараах зүйрлэлийг зурж болно (тэнд байгаа 1 ба 2-р дэд тэмдэг нь 2 ба 3-р дэд тэмдэгттэй тохирч байгааг санаарай):

Өмнө нь энергийг (7.25) томъёогоор өгсөн бөгөөд энэ нь хэлбэртэй байв

7-р бүлэгт бид эдгээр энерги гэж нэрлэдэг байсан Э Иболон Э II, одоо бид тэдгээрийг тодорхойлох болно E IIIТэгээд E IV

Тиймээс бид тогтмол соронзон орон дахь устөрөгчийн атомын дөрвөн суурин төлөвийн энергийг оллоо. Тооцоолоо шалгацгаая, үүнд бид чиглүүлэх болно INтэг болгож, бид өмнөх догол мөртэй ижил энерги авч байгаа эсэхийг хараарай. Бүх зүйл сайхан байгааг та харж байна. At B=0эрчим хүч E I, E IIТэгээд E IIIхолбоо барих +А,а E IV - V - 3А.Манай мужуудын дугаарлалт хүртэл өмнөхтэй нь таарч байна. Гэхдээ бид соронзон орныг асаахад энерги бүр өөр өөрийнхөөрөө өөрчлөгдөж эхэлнэ. Энэ яаж болдгийг харцгаая.

Эхлээд электрон гэдгийг санаарай μ eсөрөг ба бараг 1000 дахин их μ х, энэ нь эерэг. Энэ нь μ e +μ р ба μ e -μ р нь хоёулаа сөрөг бөгөөд бие биетэйгээ бараг тэнцүү гэсэн үг юм. Тэдгээрийг -μ ба -μ' гэж тэмдэглэе:

(БА μ , ба μ′ нь эерэг бөгөөд μ-тэй бараг л утга давхцдаг д, Энэ нь ойролцоогоор нэг Бор магнетонтой тэнцүү байна.) Дараа нь бидний энергийн дөрвөл болж хувирна

Эрчим хүч Э I эхлээд тэнцүү байна Аба өсөлтийн дагуу шугаман нэмэгддэг INхурдтай μ. Эрчим хүч E IIмөн эхэндээ тэнцүү байна А,гэхдээ өсөлттэй INшугаман буурдагтүүний муруйн налуу нь - μ . Эдгээр түвшинг өөрчлөх IN 10.3-т үзүүлэв. Зураг дээр мөн эрчим хүчний графикуудыг харуулав E IIIТэгээд E IV. Тэдний хамаарал INөөр. Багадаа INтэд хамаардаг INквадрат; Эхлээд тэдний налуу нь тэг, дараа нь тэд хэзээ нугалж эхэлдэг том Б± налуутай шулуун шугамд ойртох μ ' налуутай ойрхон Э ИТэгээд E II.

Соронзон орны нөлөөгөөр атомын энергийн түвшний шилжилтийг нэрлэдэг Зейман эффект.Бид зураг дээрх муруйг хэлж байна. 10.3 шоу Зееман хуваагдаж байнаустөрөгчийн үндсэн төлөв. Соронзон орон байхгүй үед устөрөгчийн хэт нарийн бүтэцээс нэг спектрийн шугамыг олж авдаг. Төрийн шилжилтүүд | IV> бусад гурвын аль нэг нь давтамж нь 1420 фотоныг шингээх эсвэл ялгаруулах үед үүсдэг. МГц:1/цаг, энергийн зөрүү 4А-аар үржүүлнэ. Гэхдээ атом В соронзон оронд байх үед илүү олон шугам гарч ирдэг. Шилжилт дөрвөн муж улсын аль ч хоёрын хооронд тохиолдож болно. Энэ нь хэрэв бид бүх дөрвөн төлөвт атомтай бол Зураг дээр үзүүлсэн зургаан шилжилтийн аль нэгэнд энергийг шингээж (эсвэл ялгаруулж) болно гэсэн үг юм. 10.4 босоо сумтай. Эдгээр шилжилтийн ихэнхийг бидний бүлэгт тайлбарласан Раби молекулын цацрагийн техникийг ашиглан ажиглаж болно. 35, § 3 (асуудал 7).

Шилжилтийн шалтгаан юу вэ? Тэд хүчтэй тогтмол талбайн хамт, хэрэв үүсдэг INцаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг жижиг цочроох соронзон орон хэрэглэнэ. Аммиакийн молекул дээрх хувьсах цахилгаан орны үйл ажиллагааны дор бид ижил зүйлийг ажигласан. Зөвхөн энд шилжилтийн буруутан нь соронзон момент дээр ажилладаг соронзон орон юм. Гэхдээ онолын тооцоо нь аммиактай адил юм. Тэдгээрийг олж авах хамгийн хялбар арга бол хавтгайд эргэлдэж буй саадтай соронзон орныг авах явдал юм Ху,ямар ч хэлбэлзэх хэвтээ талбараас мөн адил зүйл тохиолдох болно. Хэрэв та энэхүү түгшүүртэй талбарыг Гамильтоны тоонд нэмэлт нэр томъёо болгон оруулбал аммиакийн молекулын адил далайц цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг шийдлүүдийг олж авна. Энэ нь та нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих магадлалыг хялбар бөгөөд үнэн зөв тооцоолж чадна гэсэн үг юм. Энэ бүхэн туршлагаасаа нийцэж байгааг та олж мэдэх болно.

Нуклон ба цөмийн изоспин

Цөмийн үндсэн болон өдөөгдсөн төлөвүүд нь өмнөх семинаруудад авч үзсэн энерги, спин, паритетаас гадна квант тоогоор тодорхойлогддог бөгөөд эдгээрийг изопин ба изоспин проекц гэж нэрлэдэг (Уран зохиолд эдгээр квант тоог ихэвчлэн тэмдэг T ба T z, эсвэл I ба I z).
Эдгээрийн танилцуулга квант тооЦөмийн хүчнүүд солигдох үед өөрчлөгдөөгүй байдагтай холбоотой протонуудыг нейтрон болгон хувиргадаг. Энэ нь ялангуяа "толь" цөм гэж нэрлэгддэг спектрүүдэд тод илэрдэг, өөрөөр хэлбэл. Нэгийн протоны тоо нөгөөгийн нейтроны тоотой тэнцүү изобар цөм. (Жишээ нь, 13 C ба 13 N цөмийн спектрийг үзнэ үү). Ийм бүх мэдэгдэж буй хос цөмийн хувьд хамгийн бага өдөөгдсөн төлөвүүдийн спектрүүд ижил төстэй байдаг: хамгийн бага төлөвүүдийн эргэлт ба паритет нь ижил, өдөөх энерги нь ойролцоо байна.
Изоспины онолын үүднээс авч үзвэл нейтрон ба протон нь ижил бөөмс - изопин I = 1/2 нуклон - хоёр өөр төлөвт байгаа бөгөөд изоспиний сонгосон тэнхлэгт (I z = I) проекцоор ялгаатай байдаг. 3) изопин орон зайд. I = 1/2 моментийн хувьд зөвхөн хоёр ийм төсөөлөл байж болно: I z = +1/2 (протон) ба I z = -1/2 (нейтрон). (Квантын изоспиний онолыг спиний онолтой зүйрлэн бүтээдэг. Гэхдээ изоспиний орон зай нь энгийн координатын орон зайтай давхцдаггүй.)
Z протон ба N нейтроны систем - цөм нь изопин проекцтэй байдаг

Цөмийн (өөрөөр хэлбэл хүчтэй) харилцан үйлчлэл нь изоспиний төсөөллөөс хамаардаггүй, эсвэл илүү нарийвчлалтай, хүчтэй харилцан үйлчлэл нь изоспины орон зай дахь эргэлтийн хувьд өөрчлөгддөггүй.
Гэсэн хэдий ч цөмийн хүч нь изоспиний хэмжээнээс хамаардаг!Нуклон системийн хамгийн бага энергийн төлөвүүд, i.e. Цөмийн үндсэн төлөв нь хамгийн бага изоспины утгатай төлөв бөгөөд энэ нь тэнцүү байна

48 Ca цөм нь 20 протон, 28 нейтронтой. Иймээс энэ цөмийн изоспиний I z проекц нь тэнцүү байна
I z = (20 - 28) / 2 = - 4. Үндсэн төлөвийн изопин I = |I z | = 4.
Ижил изопин ба өөр өөр изопин проекцтэй бөөмс буюу бөөмсийн системүүд нь изоспиний олонлогийг (давхар, гурвалсан гэх мэт) бүрдүүлдэг. Ийм олонлогийн гишүүдийн онцлог нь тэд хүчтэй харилцан үйлчлэлд адилхан оролцдог явдал юм. Хамгийн энгийн жишээдавхар - нейтрон ба протон. Толин тусгал цөмийн 13 C ба 13 N төлөв нь өөр нэг жишээ юм (Цөмийн спектрийг үзнэ үү.)

2.6. Нуклон ба цөмийн цахилгаан соронзон моментууд.

Цахилгаан соронзон моментууд нь цөм эсвэл бөөмсийн гадаад цахилгаан ба соронзон оронтой харилцан үйлчлэх боломжийг тодорхойлдог.

Энд Зе нь цөмийн цэнэг, D нь цөмийн цахилгаан диполь момент, Q нь цөмийн дөрвөлсөн туйл, соронзон диполь момент юм. Харилцан үйлчлэлийн потенциалын өндөр тензор хэмжээсийн нөхцлүүд (2.18) харилцан үйлчлэлд өчүүхэн бага хувь нэмэр оруулдаг.
Цахилгаан диполь момент үндсэн төлөвт байгаа цөмийн тоо тэгтэй тэнцүү байна (цөм дэх сул харилцан үйлчлэлтэй холбоотой жижиг нэр томъёо хүртэл). D i моментийн тэгтэй тэнцүү байх нь цөмийн үндсэн төлөвийн долгионы функцын квадратын паритетийн үр дагавар юм.

Цөмийн үндсэн төлөвийн долгионы функцийн квадрат нь координатын тэгш функц, z нь сондгой функц юм. Интеграл дууссан гурван хэмжээст орон зайтэгш ба сондгой функцийн үржвэр нь үргэлж 0-тэй тэнцүү байна.
Хэрэв ψ-функц өөрөө тодорхой париттай (+ эсвэл -) байвал ψ функцийн квадрат эерэг париттай байна. Энэ нь хүчтэй ба паритыг хадгалдаг цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн ψ функцэд оруулсан хувь нэмэрт үнэн юм. Сул (паритет хадгалагдахгүй) харилцан үйлчлэлийн ψ-функцэд жижиг нэмэлтүүд нь цөм ба бөөмсийн диполь моментуудын хувьд тэгээс хазайлтыг өгч болно. Эдгээр хувь нэмрийн үүрэг нь орчин үеийн физикт ихээхэн сонирхолтой байдаг тул нейтроны диполь моментийг хэмжих оролдлого тасрахгүй байна.
Дөрвөн полют цахилгаан моментцөмтэй холбоотой координатын систем дэх цөм (дотоод квадруполь момент)

Дунджаас хойш физик хэмжигдэхүүнквант механикийн тодорхойлолтоор,

Тогтмол хүртэлх дотоод дөрвөлжин момент нь 2z 2-ийн дундаж утга ба x 2 ба у 2 квадратуудын нийлбэрийн дундаж утгын зөрүү юм. Иймээс бөмбөрцөг цөмүүдийн хувьд Q = 0, эргэлтийн дотоод тэнхлэгтэй харьцуулахад сунасан z Q > 0, бөмбөрцөг хэлбэрийн хувьд Q = 0.< 0.

Соронзон диполь моментбөөмс нь бөөмсийн долгионы функцын орон зайн оператор бөгөөд тойрог замын болон спин моментийн операторуудтай харьцаагаар холбогддог.

Бөөмтэй холбоотой координатын системд тойрог замын хөдөлгөөн байхгүй. Соронзон моментийн утгыг операторын диагональ матрицын элемент (2.21) z тэнхлэг дээрх моментийн проекцын хамгийн их утга бүхий төлөвт тодорхойлогдоно. Спин проекцын операторын үйлдэл өгдөг

Цөмийн соронзон моментийн ажиглагдсан утга нь цөмийн эргэлтийн утгатай пропорциональ байна.

Электрон бүрхүүл-цөмийн системийн нийт момент нь электрон бүрхүүлийн I момент ба цөмийн J-ийн спинээс бүрдэнэ.Цөмийн муж дахь электронуудын үүсгэсэн соронзон орны хэмжээ нь I-тэй пропорциональ байдаг тул Цөмийн соронзон момент нь J (2.24) -тэй холбоотой, харилцан үйлчлэлийн потенциал нь эдгээр векторуудын скаляр үржвэрийн функц юм.

Атомын бүрэн Hamiltonian-д багтсан энэхүү харилцан үйлчлэлийн потенциал нь I ба J векторуудын скаляр үржвэрийн өөр өөр утгатай мужууд атомын түвшний энергид өөр өөр шилжилттэй байдаг туршилтын баримтыг хариуцдаг. Шилжилтийн хэмжээ нь цөмийн магнетоноос хамаардаг тул магнитудтай харьцуулахад бага байна нимгэнэлектрон бүрхүүлийн соронзон момент гадаад соронзон оронтой харилцан үйлчлэлцсэний улмаас үүссэн атомын түвшний хуваагдал. Иймээс цөмийн соронзон момент атомын соронзон оронтой харилцан үйлчлүүлсний улмаас атомын түвшний хуваагдлыг гэнэ. хэт нимгэн. Хэт нарийн хуваах төлөвүүдийн тоо нь тоотой тэнцүү байна өөр өөр утгатайвекторуудын скаляр үржвэр. Энэ хэмжигдэхүүнийг F, J, I квант векторуудын квадратаар тодорхойлъё.

Тиймээс хэт нарийн хуваагдлын түвшний тоо нь дараах утгыг авч болох F векторын өөр өөр утгуудын тоотой тэнцүү байна.

F = |J - I| , |J - I + 1|, .... , J + I - 1 , J + I.

F векторын өөр утгуудын тоо нь 2K + 1-тэй тэнцүү бөгөөд K нь J, I векторуудын хамгийн бага нь юм. Калийн хувьд хэт нарийн хуваах түвшний тоо 4 байдаг тул энэ утга нь тухайн тохиолдолд тохирохгүй байна. электрон бүрхүүлийн момент 5/2 нь цөмийн эргэлтээс бага байх үед (тэгвэл түвшний тоо 6-тай тэнцүү байх болно). Иймээс хэт нарийн хуваах түвшний тоо 4 = 2J + 1, цөмийн спин нь J = 3/2 байна.

9. Олж авсан утгыг бүх нийтийн тогтмолуудыг ашиглан тооцоолсон онолын утгатай харьцуул.

Тайлан нь дараахь зүйлийг агуулсан байх ёстой.

1. Призм ба эргэдэг призм бүхий спектрометрийн оптик загвар;

2. Шугамын хазайлтын өнцгийн хэмжилтийн хүснэгт - мөнгөн усны лавлах цэг ба тэдгээрийн дундаж утгууд;

3. Устөрөгчийн шугамын хазайлтын өнцгийн хэмжилтийн хүснэгт ба тэдгээрийн дундаж утгууд;

4. Устөрөгчийн шугамын олсон давтамжийн утгууд ба тооцоололд ашигласан интерполяцийн томъёо;

5. Хамгийн бага квадратын аргыг ашиглан Ридбергийн тогтмолыг тодорхойлоход ашигладаг тэгшитгэлийн системүүд;

6. Rydberg тогтмолын олж авсан утга ба түүний утгыг бүх нийтийн тогтмолуудаас тооцсон.

3.5.2. Цөмийн моментуудын спектроскопийн тодорхойлолт

3.5.2.1. Спектрийн шугамын хэт нарийн хуваагдлын параметрүүдийг туршилтаар тодорхойлох.

Спектрийн шугамын хэт нарийн бүтцийг хэмжихийн тулд өндөр нарийвчлалтай спектрийн багажийг ашиглах шаардлагатай байдаг тул энэ ажилд бид Фабри-Перот интерферометрийг призмийн спектрографын дотор байрлуулсан хөндлөн дисперс бүхий спектрийн багажийг ашигладаг (Зураг 4-ийг үз). 3.5.1 болон хэсэг 2.4.3.2,

будаа. 2.4.11).

Призмийн спектрографын дисперс нь атом дахь валентийн электрон шилжилтээс үүссэн спектрийн ялгаралтын шугамыг салгахад хангалттай. шүлтлэг металл, гэхдээ эдгээр мөр бүрийн хэт нарийн бүтцийг шийдвэрлэхэд бүрэн хангалтгүй юм. Тиймээс, хэрэв бид зөвхөн призмийн спектрограф ашигласан бол гэрэл зургийн хавтан дээрх ердийн цацрагийн спектрийг олж авах бөгөөд үүнд хэт нарийн бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нэг шугамд нийлж, спектрийн өргөн нь зөвхөн ICP51-ийн нарийвчлалаар тодорхойлогддог. .

Fabry-Perot интерферометр нь интерференцийн цагирагуудын дараалал болох спектрийн шугам бүрийн дотор интерференцийн загварыг олж авах боломжийг олгодог. Өнцгийн диаметр Fabry-Perot интерферометрийн онолын дагуу эдгээр цагирагуудын θ нь стандарт агаарын давхаргын зузаан t ба долгионы урт λ-ийн харьцаагаар тодорхойлогддог.

		θ k = k

Энд k нь өгөгдсөн цагирагийн хөндлөнгийн дараалал.

Тиймээс спектрийн шугам бүр нь зөвхөн биш юм геометрийн дүрсГэрэл зургийн хавтангийн хавтгайд спектрографын оптик системээр бүтээгдсэн оролтын цоорхой, эдгээр зураг бүр нь интерференцийн цагирагийн сегментүүдээр огтлолцсон болж хувирав. Хэрэв хэт нарийн хуваагдал байхгүй бол өгөгдсөн спектрийн шугамын дотор интерференцийн янз бүрийн дараалалд тохирсон цагирагийн систем ажиглагдах болно.

Хэрэв өгөгдсөн спектрийн шугамын дотор өөр өөр долгионы урттай хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг (хэт нарийн хуваагдал) байгаа бол хөндлөнгийн загвар нь λ ба λ долгионы урттай цагирагуудын хоёр систем байх болно. 3.5.2-т тус тус цул ба тасархай шугамаар үзүүлэв.

Цагаан будаа. 3.5.2. Хоёр ойрхон бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэх спектрийн шугамын интерференцийн бүтэц.

Жижиг өнцгийн ойролцоолсон интерференцийн цагиргуудын шугаман диаметр d нь өнцгийн диаметр θ-тай дараах хамаарлаар холбогдоно.

d = θ×F 2,

Энд F 2 нь спектрографийн камерын линзний фокусын урт юм.

Фабри-Перот интерферометр дэх интерференцийн хэв маягийг бүрдүүлдэг цацрагийн долгионы урттай интерференцийн цагирагуудын өнцгийн ба шугаман диаметрийг холбосон илэрхийлэлүүдийг олж авцгаая.

Жижиг өнцгийн ойролцоо cos θ 2 k ≈ 1− θ 8 k ба хоёр уртын хувьд

λ ба λ долгионууд "k-р эрэмбийн интерференцийн хамгийн их нөхцөлийг зохих ёсоор бичнэ.

						4λ"
θk = 8	−к			θ" k = 8	−к

Эндээс бид хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн долгионы уртын зөрүүг олж авна.

d λ = λ" −λ =			(θ к 2		− θ" k 2 )
1-р эрэмбийн долгионы уртын өнцгийн диаметрийг (k +1) тодорхойлно
харьцаа:
	8 − (k +1)
k+ 1

(3.5.9) ба (3.5.11)-ээс бид дараахь зүйлийг олж авна.

		= θ2			− θ2
					k+ 1
t-г эс тооцвол						(3.5.10)-(3.5.12)-аас бид дараахыг авна:
d λ =				θk 2 − θ" k 2
			k θ2 − θ2
						k+ 1

Жижиг өнцгөөр интерференцийн дарааллыг хамаарлаар тодорхойлно

k = 2 λ t ((3.5.8)-ыг үзнэ үү), тэгэхээр тэгш байдал (3.5.13) дараах хэлбэртэй байна.

d λ =				θk 2 − θ" k 2
	2 t θ 2				− θ2
					k+ 1
Долгионы тоонууд руу шилжих ν =								Бид авах:
		1 d k 2 - d "k 2
d ν =
				− d 2
				k+ 1

Одоо d ~ ν-ийг тодорхойлохын тулд судалж буй спектрийн шугамын доторх хэт нарийн бүтцийн хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн хөндлөнгийн цагиргийн хоёр системийн шугаман диаметрийг хэмжих шаардлагатай. d ~ ν-ийг тодорхойлох нарийвчлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд цагирагны диаметрийг хоёр дахь хэсгээс эхлээд тав дахь хүртэл хэмжих нь зүйтэй. Цаашдын цагиргууд нь хоорондоо ойрхон байрладаг бөгөөд цагиргуудын диаметрийн квадратуудын ялгааг тодорхойлох алдаа маш хурдан өсдөг. Та бүх зүйлийг дундажлаж чадна баруун тал(3.5.16), эсвэл тусад нь тоологч ба хуваагч.

3.5.2.2. Цөмийн соронзон моментийг тодорхойлох

Энэхүү ажилд тогтвортой Rb 87 изотопын 52 S 1 2 үндсэн төлөвийн хуваагдлын утгыг супер-ээр тодорхойлохыг санал болгож байна.