Obraz7 (62)

Rys. 15.2. Rozszczepienie linii atomowych dla wodoru w polu elektrycznym. Natężenie pola zmienia się wzdłuż źródła światła. Pokazano obraz tego źródła światła po przejściu promieniowania przez szczelinę spektrografu. W obszarze mniejszego rozszczepienia, w dole rysunku, pole ma wartość 10^s V/cm i wzrasta do 1,14-10⁶ V/cm w obszarze największego rozszczepienia [z: K.H. Hellwege, Einfiihrung in die Physik der Alome, Heidelberger Taschenbiicher, t. 2, wyd. 4 (Springer, Berlin, Heidelberg, New York 1974), rys. 45]

kwantową Z (degeneracja stanów o tej samej głównej liczbie kwantowej n i różnych wartościach Z) jest zdejmowana przez zewnętrzne pole elektryczne, a nie została wcześniej usunięta przez wewnętrzne pola atomowe;

— proporcjonalne do F² przesunięcie i rozszczepienie poziomów we wszystkich innych atomach. Jest to tzw. kwadratowe zjawisko Starka.

Kwadratowe zjawisko Starka można wyjaśnić jakościowo na podstawie modelu intuicyjnego. Usunięcie degeneracji ze względu na Z przez inne elektrony w atomie prowadzi zawsze do stanów pozbawionych uśrednionego po czasie elektrycznego momentu dipolowego. Można to wykazać ściśle w ramach mechaniki kwantowej. Zewnętrzne pole elektryczne indukuje w atomie elektryczny moment dipolowy, p = aF, przy czym a oznacza polaryzowalność atomu. Wielkość a jest oczywiście funkcją liczb kwantowych stanu atomowego i jest różna dla różnych konfiguracji elektronowych.

Pole elektryczne działa na ten indukowany moment dipolowy, a energia oddziaływania jest dana wyrażeniem

V_a=ipF = iaF².    (15.1)

W ten sposób wytłumaczyliśmy jakościowo proporcjonalność pomiędzy przesunięciem stanów i kwadratem natężenia pola elektrycznego.

Liniowe zjawisko Starka obserwowane w atomie wodoru nie daje się tak łatwo intuicyjnie wyjaśnić. Jest to zjawisko, które można wytłumaczyć wyłącznie w ramach mechaniki kwantowej. Degeneracja stanów / pod nieobecność pola F jest usuwana przez pole elektryczne, ponieważ potencjał kulombowski jądra atomowego jest zaburzany przez pole F. Efekt ten omówimy dokładniej w paragrafie 15.2.

Podstawowa różnica między zjawiskiem Starka i rozszczepieniem linii widmowych w polu magnetycznym wiąże się z tym, że w polu elektrycznym stany o takich samych bezwzględnych wartościach magnetycznej liczby kwantowej m_jt czyli oraz —m_jt zachowują się tak samo. Można to łatwo wyjaśnić: wpływ pola elektrycznego na elektron obracający się w kierunku zgodnym i przeciwnym względem kierunku ruchu wskazówek zegara jest — po uśrednieniu w czasie — taki sam, jeżeli poza tym rozkłady przestrzenne elektronów są takie same. Zatem w zjawisku Starka liczba składowych, na jakie rozszczepia się linia, jest mniejsza niż w efekcie Zeemana: liczba różnych terraów nie jest już równa 2/+1, ale y+1 dla całkowitych wartości j oraz j+ 1/2 dla połówkowych.

285