Wykład III Wykorzystano i zmodyfikowano (za zgodą W. Gawlika) Materiały w internecie: http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZF/wykladyWG/fizatom_wyk.htm IF UJ www.if.uj.edu.pl  Zakład Fotoniki Wykorzystano i zmodyfikowano (za zgodą W. Gawlika) w/w materiały +dodano co nieco . gdzie Pokazaliśmy,że ale można lepiej ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Poprawka do T Zatem poprawka do energii uwzględniając Chętni pokażą  dostajemy ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Oddziaływanie spin-orbita: elektron w polu el.-statycznym o potencjale pola w układach: {R’} - związ. z porusz. się elektronem {R} - lab. z każdym krętem związany moment magnetyczny w szczególności: ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Oddziaływanie spin-orbita – c.d. oddz.  z polem: ale przy przejściu {R}  {R’} precesja Thomasa: {R’} s  {R} (np. J.D. Jackson) ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Struktura subtelna – rzędy wielkości (str. subtelna) Str. Subtelna dokładniej (dla wodoru ): ostatecznie ostatecznie ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

 pozostaje degeneracja przypadkowa poprawka  (Darwina) 0 tylko tam, gdzie są ładunki (r=0)  l0, E= E’+ E”; l=0, E= E’+ E”’ n=3 n=2 n=1 Wodór: 1 2S1/2 2 2S1/2 , 2 2P1/2 2 2P3/2 3 2S1/2 , 3 2P1/2 3 2P3/2 , 3 2D3/2 3 2D5/2  pozostaje degeneracja przypadkowa 2S+1LJ ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Kręt a poziomy energetyczne cząstki naładowane mają momenty magnetyczne związane z krętem stan atomu/ poz. energetyczne określone nie tylko przez oddz. El-stat, ale też przez oddz. magnetyczne związane z momentem pędu  częściowe zniesienie degeneracji pozostałej po oddz. El-stat. Kręt (operator  ) charakteryzowany przez 2 obserwable:  Jakie kręty? W atomie wiele momentów pędu podlegających regułom składania krętów Np. dla pojedynczego elektronu: kręt orbitalny l ( z rozwiązania części kątowej r. Schr. (l=0, 1, ... n-1)) spin s=½ (efekt relatywistyczny – konsekwencja r. Diraca) kręt wypadkowy j zmienia się co 1 j=ls ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

kwestia zdolności rozdzielczej !!! wodoru seria Balmera  n=2  Widmo H = 656,3 nm kwestia zdolności rozdzielczej !!! ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Poprawki radiacyjne (QED) Elektron we fluktuującym polu kwantowej prożni elektromagnetycznej Efekty: Zmiana czynnika giromagnetycznego elektronu: Przesuniecie poziomów – efekt Lamba ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Doświadczenie Lamba-Retherforda – pomiar przesunięcia Lamba 1955 poprawki radiacyjne QED  zniesienie deg. przypadkowej – rozszczep. 2S i 2P (przesunięcie Lamba): trudności pomiaru – poszerz. Dopplera  pomiar w zakresie mikrofal (109 Hz) zamiast w zakresie optycznym (1015 Hz) istotne własności wodoru: stan wzbudz. 2P emituje 121,5 nm ( 10-8s) stan wzbudz. 2S metatrwały (ta sama parzystość) en. 10 eV przejścia 2S–2P E1 (el.dipol) – można indukować elektr. polem o częstości radiowej (rf – radiofrequency, np. mikrofale – microwaves) ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Tylko dla ...  przesunięcie Lamba stanu 2s mechanizm przesunięcia Lamba: e p e p e p e p e + + + e+ polaryzacja próżni renorm. masy oddz. e - p anomalny mom. mgt. (g=2.0023193..) najsilniejsze efekty dla stanów s – 27 MHz + 1017 MHz + 68 MHz  E / ħ = + 1058 MHz  przesunięcie Lamba stanu 2s ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

realizacja doświadczenia wzbudz. do n=2 2S, 2P (10 eV) Ly (121,5 nm) N S w H2 H 2700 K A zasada pomiaru – przejście rezonansowe indukowane przez pole w 2P 2S 1S 121,5 nm w Idet  zmiana prądu detektora: stała częstość pola rf zmiana rozszczep. zeeman. ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

wyniki E=1057,77  0,10 MHz ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Pomiar przesuniecia Lamba 1S Dwufotonowy rezonans 1S-2S Podwojenie czestosci 2S-4D To przesunięcie około 8GHz ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Struktura nadsubtelna Jądro (proton dla H) ma spin (1/2) i moment magnetyczny Oddziaływanie Mom.Mag. protonu z polem B od krążącego elektronu (lub Mom. Mag. Orbitalnego elektronu z polem B od jadra) dipol- dipol Wyraz kontaktowy Fermiego ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05

Struktura nadsubtelna 2 Typowo 2000 razy mniejsza niż struktura subtelna Ważne rozszczepienie stanu podstawowego 1s: Linia 21cm w radioastronomii F=1 a F=0 Typowe skala dla n=2 to 100 MHz ﴀOparte o: Prof.W. Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05