Онолын танилцуулга. Спектрийн шугамын хэт нарийн бүтэц (HFS). Зееман хуваах нь нуклон ба цөмийн цахилгаан соронзон моментууд

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

Цөмийн соронзон момент нь тэдгээрийн механик өнцгийн импульс (эргэлт) байгаатай холбоотой байдаг. Цөмийн эргэлтийг механик моментуудын квантчлах ерөнхий дүрмийн дагуу хэмждэг. Хэрэв А цөмийн массын тоо тэгш бол спин квант I нь бүхэл тоо, А сондгой бол I тоо нь хагас бүхэл тоо юм. Протон, нейтроны аль алиных нь аль аль нь тэгш тоотой, тэгш-тэгш цөм гэж нэрлэгддэг том бүлэг нь тэг спин, тэг соронзон моменттэй байдаг. 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 энэ нь нэгдмэл байдалтай 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 нарийслыг тайлбарладаг бөгөөд энэ нь олон талт хуваагдлын дараалал юм.

Цөмийн соронзон моментийн атомын электронуудтай харилцан үйлчлэх энерги 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 цөм ба электрон бүрхүүлийн нийт өнцгийн импульсийн квант тоо юм.

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 A=23 масстай цорын ганц тогтвортой изотоптой. 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. Түвшин хуваах бүрэн дүр зургийг 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. Энэ шугамын нийт бүрэлдэхүүн хэсгийн тоо дөрөв 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 тусгал хоорондын 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). Төвлөрсөн цагиргуудын төв хэсгийг спектрографын ангархайгаар (5) хайчилж, зургийн дүрсийг фокусын хавтгайд 9 шилжүүлж, гэрэл зургийн хавтан дээр тэмдэглэнэ. Шугамын спектрийн хувьд зураг нь интерференцийн максимум ба минимумаар өндөрт огтлолцсон спектрийн шугамуудаас бүрдэнэ. 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 энэ сонирхолтой системийг үргэлжлүүлэн судлах болно. Энэ талаар өөр зүйл хэлэх, 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 радио долгионы цахилгаан талбайн нөлөөллийг төсөөлөхөд хэцүү байсангүй. Устөрөгчийн атомын хувьд цахилгаан орон нь түвшингүүдтэй юу ч хийхгүй, зөвхөн талбайн квадраттай пропорциональ тогтмол утгаараа бүгдийг нь шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь өөрчлөгддөггүй тул энэ нь бидэнд сонирхолтой биш юм. ялгааэрчим хүч. Энэ удаад чухал соронзшинэталбар. Энэ нь дараагийн алхам нь атом гадаад соронзон орон дотор байх үед илүү төвөгтэй тохиолдолд Гамильтонианыг бичих явдал юм 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 p) нь электрон ба протоны хоорондох соронзон харилцан үйлчлэлийг илэрхийлнэ; 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. Сонгодог физикийн дагуу хоёулангийнх нь энерги нь тэдний энергийн нийлбэр байх болно; Квант механикийн үзэж байгаагаар энэ нь бас зөв юм. Соронзон орон байгаатай холбоотойгоор үүсэх харилцан үйлчлэлийн энерги нь сигма оператороор илэрхийлэгдсэн соронзон оронтой электрон ба ижил талбартай протонтой харилцан үйлчлэх энергийн нийлбэр юм. 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, бид зөвхөн шинэ гишүүдийн нөлөөллийг нэмэх хэрэгтэй. Соронзон орон В тогтмол бөгөөд дагуу чиглэсэн гэж үзье z. Дараа нь манай хуучин Хамилтон оператор руу Нта хоёр шинэ хэсгийг нэмэх хэрэгтэй; тэднийг нэрлэе Н':

Энэ нь ямар тохиромжтой болохыг хараарай! Төлөв бүр дээр ажилладаг H' оператор нь ижил төлөвт 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 μeсөрөг 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 Абөгөөд өсөлтийн дагуу шугаман нэмэгддэг INхурдтай μ. Эрчим хүч E IIэхэндээ бас тэнцүү байна А,гэхдээ өсөлттэй INшугаман буурдагтүүний муруйн налуу нь - μ . Эдгээр түвшингээс 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 нь соронзон B талбарт байх үед илүү олон шугамууд байдаг. 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.

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), ПТэгээд 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 нь нэмэлт байдлаар 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.

, молекул ба ионууд ба үүний дагуу спектрийн шугамууд нь электронуудын соронзон оронтой цөмийн соронзон моментийн харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг. Энэ харилцан үйлчлэлийн энерги нь цөмийн спин ба электрон спинүүдийн харилцан чиглэлээс хамаарна.

тус тус, хэт нарийн хуваагдалИйм харилцан үйлчлэлийн улмаас энергийн түвшинг (болон спектрийн шугам) хэд хэдэн дэд түвшинд хуваах.

Сонгодог ойлголтоор бол цөмийг тойрон эргэлдэж буй электрон нь дугуй тойрог замд хөдөлж буй аливаа цэнэглэгдсэн бөөмийн нэгэн адил соронзон диполь моменттэй байдаг. Үүний нэгэн адил квант механикт электроны тойрог замын өнцгийн импульс нь тодорхой соронзон момент үүсгэдэг. Энэхүү соронзон моментийн цөмийн соронзон моменттэй харилцан үйлчлэлцэх нь (цөмийн эргэлтийн улмаас) хэт нарийн хуваагдалд хүргэдэг (өөрөөр хэлбэл энэ нь хэт нарийн бүтэц үүсгэдэг). Гэсэн хэдий ч электрон нь спинтэй бөгөөд энэ нь түүний соронзон моментийг бий болгодог. Тиймээс хэт нарийн хуваагдал нь тойрог замын импульс тэгтэй нөхцлүүдэд ч байдаг.

Хэт нарийн бүтцийн дэд түвшний хоорондох зай нь нарийн бүтцийн түвшний хоорондох зайнаас бага хэмжээний дараалал юм (энэ хэмжээний дарааллыг үндсэндээ электрон массын цөмийн масстай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлдог).

Хэвийн бус хэт нарийн бүтэцЦөмийн дөрвөлжин цахилгаан моменттэй электронуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг.

Өгүүллэг

Хэт нарийн хуваагдлыг 1881 онд А.А.Мишельсон ажигласан боловч 1924 онд В.Паули атомын цөмд соронзон момент байгааг санал болгосны дараа л тайлбарласан.

"Хэт бүтэц" нийтлэлийн талаар тойм бичнэ үү.

Уран зохиол

• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Онолын физик. 3-р боть. Квант механик (харьцангуй бус онол).
• Шпольский Е.В. Атомын физик. - М.: Наука, 1974.

Хэт нарийн бүтцийг тодорхойлсон ишлэл

"Хөгжилтэй байх нь утгагүй" гэж Болконский хариулав.
Ханхүү Андрей коридорын нөгөө талд Несвицкий, Жерков нартай уулзаж байхад Оросын армийн хоол хүнсний хангамжийг хянахаар Кутузовын штабт байсан Австрийн генерал Штраух, өмнөх өдөр нь ирсэн Гофкригсратын гишүүн нар байв. , тэдэн рүү алхав. Өргөн хонгилын дагуу генералууд гурван офицерын хамт чөлөөтэй тарах хангалттай зай байсан; Харин Жерков Несвицкийг гараараа түлхэж, амьсгаагүй дуугаар хэлэв.
- Тэд ирж байна!... тэд ирж байна!... хажуу тийшээ яв! замаа өгөөч!
Генералууд төвөгшөөх нэр төрөөс ангижрах гэсэн хүсэл тэмүүлэлтэй өнгөрөв. Жокер Жерковын нүүрэнд гэнэт баяр хөөртэй тэнэг инээмсэглэл тодорч, түүнийг барьж чадаагүй бололтой.
"Эрхэмсэг ноёнтон" гэж тэр Герман хэлээр урагшилж, Австрийн генералд хандан хэлэв. -Би танд баяр хүргэх нэр төрийн хэрэг байна.
Тэр толгойгоо бөхийлгөж, бүжиглэж сурч байгаа хүүхдүүд шиг эвгүйхэн эхлээд нэг хөлөөрөө, дараа нь нөгөө хөлөөрөө эргэлдэж эхлэв.
Гофкригсратын гишүүн генерал түүн рүү ширүүн харав; Тэнэг инээмсэглэлийн ноцтой байдлыг анзааралгүй тэрээр хоромхон зуур анхаарал хандуулахаас татгалзаж чадсангүй. Тэр сонсож байгаа гэдгээ харуулахын тулд нүдээ анив.
"Би танд баяр хүргэх нэр төрийн хэрэг байна, генерал Мак ирлээ, тэр бүрэн эрүүл, тэр дөнгөж бага зэрэг өвдсөн" гэж тэр нэмж инээмсэглэн толгойгоо заалаа.
Генерал хөмсгөө зангидан, эргэж харан цааш алхав.
- Ойлгомжтой, тэнэг! [Бурхан минь, ямар энгийн юм бэ!] - гэж тэр ууртай хэлээд хэдэн алхам холдов.
Несвицкий хунтайж Андрейг тэврэн инээсэн боловч Болконский улам цайж, ууртай царайтайгаар түүнийг түлхэж, Жерков руу эргэв. Макийг хараад, түүний ялагдлын тухай мэдээ, Оросын арми юу хүлээж байгааг бодоход хүргэсэн сандарсан бухимдал нь Жерковын зохисгүй хошигнолд уурлаж байв.
"Хэрэв та эрхэм ээ," гэж тэр доод эрүүгээ үл ялиг чичирсээр чанга дуугаар хэлэв, "хэрэв та шоглогч болохыг хүсч байгаа бол би чамайг ингэхээс сэргийлж чадахгүй; гэвч чи дахиад нэг удаа миний дэргэд намайг шоолж зүрхлэх юм бол би чамд хэрхэн биеэ авч явахыг зааж өгөх болно гэдгээ мэдэгдье.
Несвицкий, Жерков нар энэ тэсрэлтэнд маш их гайхсан тул тэд Болконский руу нүдээ анин чимээгүйхэн харав.
"За, би зүгээр л баяр хүргэе" гэж Жерков хэлэв.
- Би чамтай тоглоогүй, дуугүй байгаарай! - гэж Болконский хашгирч, Несвицкийг гараас нь бариад юу гэж хариулахаа олж ядсан Жерковоос холдов.
"Ахаа, та юу яриад байгаа юм бэ" гэж Несвицкий тайван хэлэв.

Нуклон ба цөмийн изоспин

Цөмийн үндсэн болон өдөөгдсөн төлөвийн аль аль нь - өмнөх семинаруудад авч үзсэн энерги, спин, паритетаас гадна - квант тоогоор тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг изопин ба изоспиний проекц гэж нэрлэдэг.(Уран зохиолд эдгээр квант тоог ихэвчлэн дараах байдлаар тэмдэглэдэг. тэмдэг T ба T z, эсвэл I ба I z).
Эдгээр квант тоонуудыг нэвтрүүлсэн нь цөмийн хүч нь орлуулалтын дор өөрчлөгддөггүйтэй холбоотой юм. протоныг 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 С 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. Дублетын хамгийн энгийн жишээ бол нейтрон ба протон юм. 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 функцын квадрат нь координатын тэгш функц, z нь сондгой функц юм. Тэгш ба сондгой функцийн үржвэрийн гурван хэмжээст орон зайн интеграл 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)

Квант механик дахь физик хэмжигдэхүүний дундаж утга учир 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 (цөмийн магнетонд) нь цөмийн эргэлтийн утгатай пропорциональ байна.Пропорциональ коэффициентийг цөмийн гироморонзны харьцаа гэнэ.

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. маш нимгэн. Хэт нарийн хуваах төлөвүүдийн тоо нь векторуудын скаляр үржвэрийн өөр өөр утгуудын тоотой тэнцүү байна. Энэ хэмжигдэхүүнийг F, J, I квант векторуудын квадратаар тодорхойлъё.

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

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 хуваагдах 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.