Peenstruktuur ja spinn-orbiit seotus
Vesiniku energiatasemed, mis ennustatakse elektroni käsitlemisel punktlaenguna, mis tiirleb tuuma ümber, on vaid ligikaudsed: elektroni oma spinni magnetmoment interakteerub magnetväljaga, mida ta tajub tänu oma orbitaalliikumisele tuuma ümber, lõhkudes veidi igat orbitaalset energiataset selle põhjal, kuidas elektroni spinn ja orbitaalne impulsimoment omavahel liituvad.
Practise this conceptLihtne vesiniku energiavalem käsitleb elektroni punktlaenguna, mis tiirleb paigalseisva tuuma ümber, ja ennustab, et energia sõltub ainult peakvantarvust n — kõik olekud, millel on sama n, sõltumata orbitaalkujust või spinnist, saavad täpselt sama energia. See on ligikaudus. Vaata elektroni omast vaatepunktist, ja pilt muutub: elektroni asukohast vaadates näib see olevat positiivselt laetud tuum, mis tiirleb tema ümber, ja liikuv laeng tekitab magnetvälja. Elektroni oma spinnil on magnetmoment, ja see magnetmoment interakteerub väljaga, mille tekitab tema "tiirlev" tuum — see on puhtalt sisemine efekt, mis ei vaja üldse välist välja.
See spinn-orbiit interaktsioon nihutab igat energiataset veidi üles või alla, olenevalt sellest, kuidas elektroni spinnimpulsimoment ja orbitaalne impulsimoment liituvad koguimpulsimomendiks, mida kirjeldab kvantarv j. Antud orbitaalkvantarvu l puhul saab j võtta ainult väärtusi l + 1/2 või l − 1/2, ja kumbki saab veidi erineva energia. Just seetõttu on spektrijoon, mille lihtne mudel ennustab üksikuks sageduseks, täpsel vaatlusel tegelikult lähestikku paiknev paar — "peenstruktuur", mis annab efektile ka nime.
Üks olek on sellest silmatorkavalt vabastatud: kui l = 0 (s-olek), puudub elektronil algusest peale orbitaalne impulsimoment, mistõttu puudub orbitaalne magnetväli, millega tema spinn saaks seonduda, ja spinn-orbiit lõhenemist ei toimu. Seevastu iga p-, d- ja f-olek lõheneb kaheks omavahel lähedaseks alatasemeks.
Key ideas
Requires: Vesinikuaatom ja aatomi struktuur, Spinn ja impulsimoment kvantmehaanikas
Common misconceptions
- Uskumine, et spinn-orbiit seotus vajab aatomile rakendatud välist magnetvälja, selle asemel et tekkida puhtalt sisemiselt — elektroni omas taustsüsteemis näeb tema orbitaalliikumine laetud tuuma ümber välja kui ringlev vool, mis tekitab magnetvälja.
- Eeldamine, et peenstruktuur lõhub kõiki vesiniku energiatasemeid, kaasa arvatud s-olekuid (orbitaalkvantarv null), kuigi olekul, kus orbitaalne impulsimoment on null, ei ole algusest peale orbitaalset magnetvälja, millega elektroni spinn saaks seonduda.
- Arvamine, et koguimpulsimomendi kvantarvu j saab määrata sõltumatult orbitaal- ja spinnkvantarvudest, selle asemel et olla piiratud konkreetsete väärtustega, mis tulenevad orbitaalse impulsimomendi l ja spinnimpulsimomendi s liitmisest.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- Mikromaailma füüsikaLOFY.01.009