Hyper Fine Structure – Wikipedia

Clivage de la structure hyper-fine des niveaux d’énergie en utilisant l’exemple de l’atome d’hydrogène (non échelle);
Désignation du niveau de structure fine Voir le symbole du terme, explication des signes de formule restants dans le texte

Le Structure hyper-fin est un clivage énergétique dans les lignes spectrales des spectres atomiques. Il est environ 2000 fois plus petit que celui de la division de la structure fine. D’une part, la structure hyper-fine est basée sur l’interaction des électrons avec des moments magnétiques (dipol) et électriques (quadrupol) du noyau et d’autre part sur l’isotopie des éléments.

after-content-x4

Dans le sens plus étroit, la structure hyper-fin est signifiée par le fractionnement des niveaux d’énergie

{displayStyle v_ {mathrm {hfs}}}

$V_{{mathrm {HFS}}}$ un atome – par rapport au niveau de la structure fine – en raison du couplage du moment magnétique

{DisplayStyle {vec {m}} _ {i}}

${vec {mu }}_{I}$ du noyau avec le champ magnétique

{DisplayStyle {Thing {b}} _ {j}}

${vec {B}}_{J}$ qui créent les électrons à sa place:

{displayStyle delta v_ {mathrm {hfs}} = – {vec {mu}} _ {i} cdot {vec {b}} _ {j}}

Les indices signifient:

after-content-x4

Les électrons S montrent le plus grand clivage de la structure hyper-fine car seuls ils ont une plus grande probabilité de résidence au centre du noyau.

Dans une faiblesses Champ magnétique extérieur diviser les niveaux d’énergie en fonction d’une formule très similaire sur le nombre quantique magnétique

{displayStyle m_ {f}}

$m_{F}$ la structure hyper-fine (effet Zeeman). Dans une renforcer Le champ magnétique à l’extérieur découple le noyau et l’abri de rotation d’abri, afin que vous puissiez vous séparer en fonction du numéro quantique magnétique

{displaystyle m_ {i}}

$m_{I}$ observé du noyau (effet paschen-dos). Pour toute force de champ, la formule large-rabi peut être utilisée (en cas d’impulsions de chemin de fer disparues).

Table of Contents

Formulation mathématique [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’accouplement provoque l’impulsion rotative totale

{displayStyle {vec {f}}}

${vec {F}}$ de l’atome que la somme de l’impulsion de l’enveloppe

{DisplayStyle {thing {j}}}

$vec{J}$ Et le spin nucléaire

{displayStyle {vec {i}}}

${vec {I}}$ Représente, quantifié:

{DisplayStyle | {thing {f}} | = hbar {sqrt {f (f + 1)}} = | {Thing {j}} + {Thing {i}} |.}.}.

Le numéro quantique

{displaystyle f}

$F$ est la moitié (statistiques Fermi-Dirac) ou entier (Bose-Einstein-statistics) et peut

{displayStyle {| j-i |, points, j + i}}

${|J-I|,dots ,J+I}$ Acceptez 1 à une distance de 1.

L’énergie d’interaction est

{displayStyle {begin {aligned} delta v_ {mathrm {hfs}} & = – {vec {mu}} _ {i} cdot {Vec {b}} _ {j} \ & = g_ {i} cdot mu _ {mathrm {n}}} cdot b_}} ) – [j (j + 1) + i (i + 1)]} {2 {sqrt {j (j + 1)}}}} \ & = {frac {a} {2}}, left (f + 1) – [j (j + 1) + i (i + 1)] droite) .end {aligned}}}}}

Y a-t-il

${displayStyle g_ {i}}$
${DisplayStyle mu _ {mathrm {n}} = {frac {ehbar} {2m_ {mathrm {p}}}}$
${displayStyle a = {frac {g_ {i} mu _ {mathrm {n}} b_ {j}} {sqrt {j (j + 1)}}}}$

Le moment magnétique et la révélation du noyau sont dans la relation suivante:

{displayStyle {vec {mu}} _ {i} = {frac {g_ {i} mu _ {mathrm {n}}} {hbar}} {vec {i}}.}

Déterminer

{displayStyle v_ {mathrm {hfs}}}

$V_{{mathrm {HFS}}}$ Vous avez besoin des tailles

{displayStyle g_ {i}}

$g_{I}$ et

{displaystyle b_ {j}}

$B_J$ . La valeur de

{displayStyle g_ {i}}

$g_{I}$ peut être déterminé par des mesures de résonance magnétique, celle de

{displaystyle b_ {j}}

$B_J$ De la fonction d’onde des électrons, qui, cependant, ne peut être calculée que numériquement pour les atomes avec un numéro de commande 1.

Applications [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les transitions entre les états de structure hyper-fin sont utilisées dans les horloges atomiques car leur fréquence (comme toutes les transitions atomiques) est constante. De plus, il est très précis de générer et de mesurer avec des moyens relativement simples car il est situé dans la radiofréquence ou la zone micro-ondes. Depuis 1967, l’unité physique est utilisée depuis une seconde par des transitions entre les deux niveaux de structure hyper-fine de l’état de base de l’isotope au césium ¹³³CS.

La fréquence de transition de l’état de base de l’atome d’hydrogène entre

{displayStyle f = 1}

$F=1$ et

{displayStyle f = 0}

$F=0$ (Spin-flip) est de 1,420 GHz, ce qui correspond à une différence d’énergie de 5,87 μEV et une longueur d’onde de 21 cm. Cette soi-disant ligne HI (H-in-Line) est d’une grande importance pour la radio astronomie. En mesurant le décalage Doppler de cette ligne, le mouvement des nuages de gaz interstellaires peut être déterminé par rapport à la Terre.

Il y a aussi les effets isotopiques. Contrairement au Kernspin, ils ne fournissent pas de niveau de niveau dans un seul atome. Il y a plutôt un décalage des lignes spectrales pour divers isotopes du même élément, le décalage d’isotopie SO. Cela signifie qu’avec un isotopes mélange pour observer une division des lignes.

Effet de masse de base [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’effet de masse central est basé sur le mouvement du noyau atomique. Cela se manifeste dans une masse efficace inférieure de l’électron. Étant donné que les noyaux ont des isotopes différents différents, la masse effective de leurs électrons est également légèrement différente, ce qui est exprimé dans un décalage correspondant de toutes les conditions vers une énergie plus élevée. Étant donné que le mouvement du noyau diminue avec l’augmentation de la masse du noyau, cet effet joue un rôle, en particulier pour les noyaux atomiques légers.

Effet de volume central [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’effet de volume central est basé sur l’expansion finie du noyau atomique. Les électrons dans les états S (c’est-à-dire avec l’impulsion ferroviaire 0) ont un sens de résidence non négligeable en son cœur, où le potentiel n’a plus la forme de Coulomb pure. Cet écart signifie une augmentation des énergies des conditions qui dépend du volume du noyau. Absolument parlant, cet effet est excellent dans les atomes graves car ils ont les noyaux atomiques les plus importants. Le Scission Cependant, il est plus grand pour les noyaux atomiques plus petits, car les conditions des volumes centraux de différents isotopes sont plus grandes.

Les champs électriques et magnétiques des atomes voisins dans les molécules et les cristaux ainsi que la couverture atomique lui-même influencent le fractionnement des états vertébraux en structure hyper-fin observée. En physique solide et en chimie de solidarité, des méthodes de physique solide nucléaire sont utilisées pour examiner la structure locale dans les solides (métaux, semi-conducteurs, isolateurs). Ces méthodes, telles que la spectroscopie par résonance magnétique (RMN), la spectroscopie Mößbauer et la corrélation d’angle gamma gamma perturbé (spectroscopie PAC), permettent d’explorer les structures à l’échelle atomique avec une sensibilité élevée en utilisant le noyau atomique.
En biochimie, la RMN est utilisée pour l’analyse structurelle des molécules organiques.

Stephanus Büttgenbach: Structure hyperfine dans les atomes de coquille 4D et 5D. Springer, Berlin 1982, ISBN 0-387-11740-7
Lloyd Armstrong: Théorie de la structure hyperfine des atomes libres. Wiley-Interscience, New York 1971, ISBN 0-471-03335-9

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