第四章原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)：電子的自旋-資料下載頁
2025-06-16 17:55本頁面
【正文】 原子譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)比氫原子容易觀察到。也可寫成或者例：氫原子的分裂。按上式可得，或者。這些都是與實驗相符的精確結(jié)果。（可用量子力學(xué)導(dǎo)出）：167。45塞曼效應(yīng)（塞曼：荷蘭物理學(xué)家）（1896）：置于強磁場中的光源的譜線會分裂為幾條（均為偏振的）的現(xiàn)象。具有磁矩為（主要是體系中的電子的貢獻(xiàn)）的體系在外磁場（方向沿z軸）中的勢能為：式中為朗德因子，在z方向的投影。（為簡便起見，所有量均略去足標(biāo)J）考慮一個原子在間的躍遷。無外磁場時，有外磁場時，當(dāng)體系的自旋為0時，則：依選擇規(guī)則得：以上結(jié)果表明，在外磁場中的一條譜線（）將分為等間隔的三條，間隔值為。這與實際觀察所得結(jié)果相符。故稱為正常塞曼效應(yīng)。從以上的推導(dǎo)知此問題無量子效應(yīng)，洛倫茲就用經(jīng)典方法算出正常塞曼效應(yīng)的結(jié)果。鑒此原因，將稱為洛侖茲單位。這樣一來，正常塞曼效應(yīng)的3條譜線的頻率間隔正好是一個洛倫茲單位。洛倫茲單位的物理意義：在沒有自旋的情況下，一個經(jīng)典的原子體系的拉摩頻率。（拉摩：英國物理學(xué)家，曾提出物質(zhì)中電子的以太結(jié)構(gòu)理論，即原子中運動電子在磁場中的進(jìn)動理論）關(guān)于的推導(dǎo)：由經(jīng)典表示的式中是拉摩進(jìn)動的角速度。上式表明，外加的磁場而引起的分裂是。塞曼效應(yīng)的應(yīng)用之一：導(dǎo)出電子的荷質(zhì)比波長已知的譜線在外磁場B作用下產(chǎn)生正常塞曼效應(yīng)，測出分裂譜線的波長差。由于分裂的能量間隔相等，故由上式導(dǎo)出的與1897年湯姆孫實驗所測數(shù)值相符。這也證明在分析塞曼效應(yīng)時所作的那些假設(shè)是成立的。*在電磁學(xué)中，沿z方向傳播的電磁波（橫波）的電矢量必定在oxy平面，當(dāng)定義：沿z軸逆光觀察，電矢量順時針轉(zhuǎn)動，稱為右旋（圓）偏振，反之稱為左旋（圓）偏振。圓偏振光具有角動量，光的角動量方向和電矢量旋轉(zhuǎn)方向組成右手螺旋定則。（見圖示）對于塞曼效應(yīng)（z方向即磁場方向）： 由于電矢量在xy平面，只有在面對磁場觀察時，可觀察到2條與垂直的線偏振光。正常塞曼效應(yīng)：光譜線在外磁場中發(fā)生等間隔三分裂的現(xiàn)象。反常塞曼效應(yīng)：光譜線在外磁場中發(fā)生分裂數(shù)目不是三個也不等間隔的現(xiàn)象。（1897年后的30年間一直未得到合理解釋。直至電子自旋假設(shè)提出后才被解釋。）……反常塞曼效應(yīng)只在磁場不很強時才會出現(xiàn)，這時外加磁場不足以破壞耦合，于是自旋與軌道角動量分別繞合成的作快進(jìn)動，而繞外磁場作慢進(jìn)動。當(dāng)外磁場的強度超過相互作用的內(nèi)磁場時，耦合被破壞，自旋和軌道角動量分別繞外磁場旋進(jìn)。所以在強磁場中反常塞曼效應(yīng)趨于正常地曼效應(yīng)。此現(xiàn)象稱為帕邢巴克效應(yīng)。1）電子順磁共振：順磁物質(zhì)中存在未成對的電子，當(dāng)其處于外磁場中時，電子的自旋磁矩與外磁場相互作用產(chǎn)生塞曼分裂，裂距為。如果在垂直于外磁場方向再加一個頻率為的電磁波，當(dāng)電磁波的能量與塞曼支能級的間距相匹配，即滿足時，則會發(fā)生物質(zhì)從電磁波吸收能量的共振現(xiàn)象。利用電子順磁共振吸收曲線，可測量順磁原子的因子，還可利用共振譜線的線型、寬度和精細(xì)結(jié)構(gòu)等，給出有關(guān)樣品的各種信息。2）核磁共振：原子核的自旋磁矩與外磁場的相互作用會產(chǎn)生塞曼能級分裂，裂距為（是核的朗德因子，是核磁子）。與核塞曼能級間的躍遷對應(yīng)的磁共振現(xiàn)象稱為核磁共振。核磁共振的條件是：（，比玻爾磁矩小3個數(shù)量級）*167。46氫原子能譜研究進(jìn)展 14 / 14
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