Podsumowanie W6: atom w polu magnetycznym – dodatk. człon: ef. Zeemana w słabym polu w sprzężeniu L-S: pola pośrednie: silne pole (w sprzęż. L-S) ef. Paschena-Backa: słabe pole Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Wpływ jądra na str. poz. elektronowych w atomie skończona masa jądra – efekt izotopowy: a) efekt masy  EM, M+1 M –2 ważny dla lekkich atomów r VC pot. kulombowski V(r) b) efekt objętościowy VM M VM+ M M+ M ważny dla cięższych atomów informacja o rozkładzie ładunku w jądrze V Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

 struktura nadsubtelna (magnetyczna) spin jądra  struktura nadsubtelna (magnetyczna) I  0  (gI = jądrowy czynnik Landego) analogia do oddziaływania spin-orbita  << WLS a = a(J)  5 4 3 2 F 5a 4a 3a 2P3/2 I =7/2 np. (reguła interwałów)  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

niesferyczny rozkład ład. jądra 5 4 3 2 F 7/28 b 13/28 b 5/28 b 15/28 b 5a 4a 3a 2P3/2 I=7/2 niesferyczny rozkład ład. jądra  str. nadsubtelna (elektryczna) [Q =eQzz (I  1)] moment kwadrupolowy oddziałuje z gradientem pola Q  0 Q  0  potrzebne pole niejednorodne; trzeba L>0  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

struktury nsbt.– ef. Backa-Goudsmita Efekt Zeemana struktury nsbt.– ef. Backa-Goudsmita H = H0+VES+VLS+VIJ+ W tw. Wignera-Eckarta  gJ 1, gI 10 -3  dominuje pierwszy człon pola słabe: W << VIJ pola pośrednie: pola silne: W >> VIJ porówn. z ef. Paschena-Backa Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

ef. Zeemana ef. Paschena-Backa + I=1/2 J=2 J=1 J=0 Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Porównanie z ef. Paschena-Backa bez str. nsbt.: słabe pole silne pole ze str. nsbt.: Stan J=0 rozszczepiony na 2 podpoz. (mI=1/2), rozszczepienie ~gI (b. małe i nie widoczne na rysunku) atom z I0 ma w b. silnym polu strukturę efektu P.-B. + str. nadsubtelną Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Atom w polu elektrycznym: jonizacja polowa: V(r) V(z) V= –e Ez z z e– ion signal ionization field Ez [V/m]  metoda detekcji wysoko wzbudzonych (rydbergowskich) stanów atomowych oddz. atomu z polem E (model klasyczny): indukowany moment elektr.: E z Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

 W’k  0 dla stanów z określoną parzystością ! Efekt Starka: 1 poprawka do en. stanu |k =|J, mJ ,  liniowy ef. Starka  W’k  0 dla stanów z określoną parzystością ! Parzystość: Ale! Gdy degeneracja przypadkowa – nieokreślona parzystość  liniowy efekt Starka możliwy jest w atomie H 2 poprawka: 106 V/cm 105 V/cm kwadratowy ef. Starka  Nobel 1919 + – – +  E = (R ’J – T ’J mJ2) Ez2 Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Przykłady: 3 2P3/2 3 2P1/2  3 2S1/2  E=0 E  0 mJ D1 D2  3,6 GHz 2,9 GHz 1,5 GHz E  0 3/2 1/2 1/2 mJ 250kV/cm: 1. Kwadratowy efekt Starka: atom 23Na, linie D1 D2 (589 i 589,6 nm)  E = (R ’J – T ’J mJ2) Ez2 2. Efekt Starka w atomie wodoru: stan podst. n=1, l=0 (brak degeneracji)  możliwy tylko efekt kwadratowy dla n  2, (degeneracja ze wzgl. na l)  efekt liniowy 2 2S , 2 2P E=0 1/2 ml: E  0 w silnym polu (zaniedb. spin el.): w słabym polu: 2 2S1/2 , 2 2P1/2 2 2P3/2 E=0 E  0 1/2 1/2, 3/2 mJ: @100 kV/cm, E = 360 GHz ! por. z at. Na  n=2 Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Podsum. rzędy wielkości: oddział. z zewn. polami (B, E) mF , mJ , m = mL + mS mJ + mI Wext H0 n HES n, l n, S, L HLS J - str. subtelna - str. nadsubtelna HIJ F + przesunięcie izotopowe a) defekt kwantowy b) przybliżenie pola centralnego + poprawka (całka kulomb. i całka wymiany) ef. relatywist. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

kwestia zdolności rozdzielczej !!! Przykłady widmo wodoru seria Balmera  n=2  H = 656,3 nm kwestia zdolności rozdzielczej !!! Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Cząsteczka = związany układ atomów (kilka jąder + elektrony) stopnie swobody: translacja rotacje oscylacje en. elektronów zewn. stopnie swobody – en. kinet./temp., ekwipartycja: (½kBT)/stopień swobody   układy związane - kwantowanie Struktura rotacyjna na ogół 3 stopnie swobody, dla linowych prakt. 2, str. rotacyjna – widoczna wyłącznie w fazie gazowej J – rotacyjna liczba kwant. J=0, 1, ... Zakł. cząsteczki 2-atomowe, sztywny rotator: klas.: kwant.: m1 m2 r1 r2 R B’ = stała rotacyjna  E = EJ+1 – EJ = 2B’ (J+1) J= 3 2 1 0 2B’ 2B’ 2B’   pomiar B’ i R  0,1 nm (dla cz. wieloatom. – różne stałe B’) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Struktura oscylacyjna - również w fazie skondens. i gazowej potencjał oscylatora harmonicznego: U = ½ f q2  = 0, 1, 2, ... (oscylacyjna liczba kwant.) równoodległe poziomy oscylacyjne gdy F  – fq , x – współcz. anharmoniczności poziomy oscyl. się zagęszczają dysocjacja cząsteczki z widm oscyl.  stałe siłowe molekuł, współcz. anharm.  oddz. atomów w cząsteczce Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Widma oscylacyjno-rotacyjne  J  = 0  = 1 J= –1 J=+1 dla molekuł wieloatom. możliwa też gałąź Q (J=0) bardzo intensywna - suma wielu linii gałąź P R J= –1 J=+1 Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Struktura widm oscylacyjno-rotacyjnych przejścia z tą samą stałą rotacyjną B’ (ten sam stan elektronowy) J’= 3 2 1 0 J = 3  = 0  = 1 0  2B’ 2B’ 2B’ 2B’ J 0 J= –1 J=+1 różne stałe B w różnych stanach (B’  B”): gałąź R (J=+1) gałąź P (J=–1) J R  J R Q P Q B’ < B” B” < B’ P wykresy Fortrata  głowica pasma oscylacyjno-rot. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

Struktura elektronowa kwantyz. en. elektronów w polu jąder – kwestia symetrii (niesferyczna!)  ważne składowe krętów wzdłuż osi symetrii - L  zależność en. elektronowych poziomów atomowych od odl. międzyatomowych – krzywe potencjalne  RAB [nm] Przykład: cz. 2-atomowa C2: 10 20 30 Ej [eV] C(1D)+C(1S) C(3P)+C(1S) C(1D)+C(1D) C(3P)+C(1D) C(3P)+C(3P) Zasada Borna – Oppenheimera: elektrony nadążają za jądrami - stany el. zależą od odległości jąder ale nie od ich ruchu Zasada Francka – Condona: zmiany stanów elektronów znacznie szybsze od przemieszczeń jąder RAB Max. amplituda funkcji fal. i max. prawdopodob. przejścia jest w punktach zwrotnych oscylacji Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7

widma elektron. – na ogół złożone struktury el-osc-rot. – pasma el-osc. ’=3 2 1 = 3 • • • AlO  zdolności rozdzielcza! E0 E1  BeI  odpowiednia zdoln. rozdz. (spektroskopia laserowa) umożliwia np. pomiar oscyl. f. falowej: [J.Koperski, M.Łukomski – ZOA IFUJ ]  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 7