H atom centrális szerep a kvantummechanika

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "H atom centrális szerep a kvantummechanika"

Csaba Illés
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 .. A H-ATOM SPEKTRUMÁNAK RÉSZLETEI A KÍSÉRLETEK ALAPJÁN. A hidogénatom ektumának fő eemzői H atom centái zee a kvantummechanika kidogozááná onto kíéeti eedmények (ok áaot, ok átmenet) ontoan imet köcönhatá (E.M.) zát kétézecke-endze [Özehaonítá: magfizika: imet a módze imeeten a köcönhatá két-ézecke endzeek kíéeti vizgáata ott nehéz] H atom ó kiinduá má atomokná feéő eenégekhez átaánoítához Eddig: Boh eméet teméma kiött Miyenek az egye n-hez tatozó aátáa.? Módze: Schödinge-egyenet a kvantummechanika megmutata

2 ' ' u V E m u Ha feé otáció enegia i e V E ot az n. áaot enegiáa é huámfüggvénye: u e E d u d n n n a kvantummechnika megoda Mot: n meett é m feéte édeke 4 n e E E n nm ; a függv.: u nm n =,,. főkvantumzám =,,,.(n-) meékkvantumzám m = -, -+,.+ mágnee kvantumzám n-hez n n küönböző huámfüggvény tatozik

3 E n ugyanaz é m zeint degeneát Degeneáció: zeint: Couomb-töv. aaka az oka [ Cb.-té E ~ /n hamoniku ozc. ot. E ~ (n+/) négyzögotenciá: E ~ n ] m zeint: mágnee tében fehaad (enevezée innen)

4 . A H-vonaak finomfehaadáa Boh eíá ó egyezé a kíéette Ok fő eenég a Cb.-köcönhatá Nagyobb febontáú ektométee: H (+ ok atom) vonaak kettőek finomfehaadá meékeenégek Finomfehaadá oka: a) a mágnee enegia küönböző, i. in áya imuzumom. beááa b) eativiztiku koekció a) A in-áya köcönhatá Lényeg: eekton mozgáa miatt B mágn. té ine beááátó függ az enegia V = μ. B σ. B ( = ) B onto meghatáozáa nehéz Magyaázat: a oton (ok-eektono atomokná a tötött ézek átagoan) eektomo teet hoz éte ebben a tében v ebeégge mozgó e.-hoz kötött koodinátaend.ben mágn. té é fe (. mozog v eb.ge)

5 B vxe c dv E d e dv B vx c e d dv B m c e d ; xm Nehézég v nem egyenete a koodinátatengeyek foognak koekt evezeté: nehéz Szeméeteen: a otonó nézve az e.-hoz kötött koodinátaendze egyze tengeye köü megfodu minden köbe-meneteko (Thoma-ecezió) Mot bizonyítá nékü: B B v heye tanzfomáció eedménye: [ -e fakto Thoma-fakto) B dv B V B m c m dv d ec d

6 heyfüggő oeáto Mágnee enegiát ezze Ψ imeetében V() meghatáozható eányékot eektona i igaz H atomná (ninc ányékoá) V e ] m c Sin-áya catoá enegia függ é beááátó Fogatónyomaték: M = B xμ, vektook ecezának = + mozgááandó e z z z m m m m m m ; m = + ½ áhuzamo beáá = - ½ eentéte beáá egyzee megfigyehető:,,, z m (, z-komonene a ecezió miatt nem mozgááandó, -né hatáozott fázivizonyok) Pontoan: kvantummechanika [Atommagokná, kvakendzeekné tb. haonó in-áya tagok ének fe]

7 H atom finomfehaadáa: mágnee té nagyága V μ B. B kizámítva: B Tea (~abomágn.) (. ) megbecée Kizámítva: V -4 ev kici: egkiebb geeztéi enegia ~ ev n m V 4 4 ; ; n n n E

8 + ½ ΔE +/ =. γ n - ½ ΔE -/ = - (+). γ n minden nívó két nívóa haad.: (=) nívó E n. γ n (+)=4 +γ n / -(+). γ n -γ n / (+)= Átaában igaz: zeinti degeneációva úyozva az enegiákat úyont nem vátozik n m c 4 Z ; 4 n Kíéet: nagyágend ó (ΔE/E ~ -5 ) ninc egyezé e c

9 Ok: eativiztiku koekció ke T T c m m c m c c m T ΔT/T ~ -5 (H-e) nehéz atomoka nagyobb, %; 4 8 c m E n n n Z c m E E E e FS 4 4 a fehaadá nagyágát α hatáozza meg α finomzekezeti áandó 7 c e dimenziótan az EM köcönhatá eőégée eemző temézete egyégben ΔE FS cak -tő függ (-tő nem függ) Ez a Diac-eméet eedménye Diac-egyenet így ía e a H-t

10 Péda:, nívók H-ban, n=, =, / / / / /, / etub.an cak. +e. ko.

11 H. atom enegiazintei: (nem méetaányo)

12 . A hiefinom fehaadá Ok: a mag é az eektonbuok köcönhat H-atom: oton mágnee momentuma é az eekton mágn. mom. hat egymáa Becé: m e e m; B 86 m c e Poton anomái mágnee momentum 658. μ = μ e g = 5.58 A két momentum köcönhatáa: E HF ~ a / ΔE HF ev << ΔE A in-áya enegia okka nagyobb: é catoáa maad a oton ine -hez igazodik mag kici az EM té kontan B mágnee té az eektontó J B B ; B B, m, m d Az e. ine é az átaa étehozott mágn. té eentéte iányúak

13 V HF =-μ. B a. ine é J catoódik F z m F F F F J F ; H aaáaota: F ; F= ; F= MAG MAG MAG g g ; Innen: B A F F A V E J F B J B B J B V MAG HF HF MAG MAG MAG HF (intevaumfakto)

14 H-atom (aaáaot): 4 B A MAG F= ΔE HF () = A/4 F= ΔE HF () = -. A/4 B átaában nehéz kizámítani Eektodinamika:. té a gömb közeén, ha a feüet egyeneteen mágneezett: 8 8 n a Z g M d B M n n B e n e MÁGNESEZÉS

15 Kvantummechanika zámoáa zeint ΔE HF (n=, =) = h MHz Kíéet: mikohuámú tatomány ν kí = 4. MHz Ez a λ = cm-e ugázá! Rádióciagázat méi: az ionozféa átengedi Ninc egyezé! Hiányzik még egy koekció! g e nem egézen ontoan a Diac-eméet eddig í e ó

16 4. A Lamb-fée vonaetoódá Itt: vázat ontoan a kvantumeektodinamika tágyaa [WILLIS EUGEN LAMB (9-8), Nobe-dí: 955] A eenég fonto EM köcönhatá átaáno zekezetéve kacoato Láttuk: ézecke-huám duaizmu mikofizikában át. eenég EM té kvantumtuadonágai kv.e.din. EM köcönhatá: fotonok emizióa é abzocióa kiceéődéi eeg (fotonok ceée) Tötött ézecke köü: áandóan fotonok emizióa é abzocióa P.: e e + foton e E t ~ megengedi vituái foton

17 Köcönhatá: vituái fotonok ceée (Cb. tövény heyfüggée) (am. Kein-Nihina-hoz) Kében: magaabb endű effektuok vituái e - e + áketé (vákuumoaizáció) Eedmény: az effektív töté a téfoá köü kiebb Cb. tövény nagy -e igaz, de ki távoágon etéé van Atomfizikai konzekvenciák: g e (nem ontoan, ~ -6 etéé) / é a / nívók fehaadnak a H- atomná Lamb-etoódá (Lamb-hift)

18 Mot a H atom / é a / nívóinak fehaadááva fogakozunk Kimutatá cak igen onto kíéette ehetége Lamb-Rethefod kíéet (947) A fehaadá fizikai oka: áaot im. mom. nagy űűég ki távoágokon Az áaota az effektív töté kiebb E < E (a / é a / nívókná) ΔE / é a / ~ -6 ev Kíéet: nagyfekvenciá módze, otikai úton igen nehéz

19 τ~ -4 ec (B tée zükég van má ki e. té i - átmenetet okoz) / / átmenet titott, met Δ = megengedett

20 Lényege: ha e nem bomott / áaotú H ékezik az a vofámbó az eektont vát ki Méendő: ν fekvencia (B minimái eekton áam)

21 zámoá vákumoaizáció nékü mééek eedménye vákuumoaizációva : kiváó egyezé Vizgát a H α -vona: n =, n =, a Bame-o eő taga λ Hα = nm

22 A H-atom ektumát a kíéeti ontoágig tökéeteen étük!

23 .4. A TÖBBELEKTRONOS ATOMOK. A többeektono atomok é ionok eektonzekezetének emiiku vonatkozáai. Atomok Röntgen-ektuma. Özetett atomok é ionok ektuma Cé: fizikai hátté megbezéée Koekt tágyaá: kvantummechanika é kvantum-eektodimnamika Evieg: ó eméet oktetobéma nehézégei. A többeektono atomok é ionok eektonzekezetének emiiku vonatkozáai Megétendő: aaáaot tuadonágai geeztett áaotok endzee A megéténé a konceció: eektonokbó áó feéíté; az eekton-áaotok fizikai vaóága (áttuk,. e.-atom ütközéekné)

24 Az eektonzekezetet aakító tényezők:. Cb. vonzá mag e.-ok között. Cb. tazítá e.-ok között. Sin-áya enegiák 4. Sin-in (e.-é) mágn. mom. köchat. 5. E.ok áyáábó adódó mágn. momentumok KH. 6. E. in magin KH. 7. E. áyamom. magin KH. 8. Reativiztiku koekciók 9. Huámfüggvény antizimmetiáábó következő enegiaetoódáok ( Paui ev + hatáozatanági. eáció következménye kvantummechanika) Átaában nehéz feadat: centái té + maadékköcönhatá Ebben fontoak: 9, (ehagyott éz), (nagy Z-e fonto)