Obraz3 (119)

12.11. Przesunięcie Lambn

W latach 1947-1952 Lamb i Retherford wykazali. że nawet relatywistyczna teoria Diraca nic opisuje w pełni atomu wodoru. Do obserwowania banko małych przesunięć energetycznych i m/sAzepicń w widmie atomowym wodoru stasował i oni metody spektroskopii wysokich ezęstóki i spektroskopii mikrofalowej, Inaczej mówiąc, wykorzystywali absorbowanie przez atomy wodoru promieniowania elektromagnetycznego z nadajników wysokiej częstości lub z klistronów Mogli oni w ten sposób obserwować różnice energii między stanami o lej samej wartości j, czyli ró/nice rzędu 0.03 cm"', co odpowiada różnicy 900 Ml Iz, między stunami 2^,S„, i 2‘P,*.

Lomb i Retherford osiągnęli dokładność rzędu 0.2 MHz. Na rysunku 12.21 pokazano odpowiedni diagram energii.

Dirac	QBD
M	(•1
T 0.363 cm’^1
‘.(•0.11	J /-O

I    f I-I ^łP^

0.055 cm^-'

Rys. 12.11. tYifumęcic Lamba: umilura subtelna poiiorou a>]« aluouc wodoru odpowiednio w opisie Bohra, Diraca cn/ ekktnstynanulu kwantowej (QtiD) uwzględniającej pncsuniecui Lamba. Znicwna jest dtgeneracja k względu na liczbę kwantową/

Podobnie jak w przypadku struktury subtelnej to małe przesunięcie energii nie mogło być obserwowane metodami spektroskopii optycznej jako rozszczepienie linii H_m wodoru, a to dlatego, źe dopplerowsłde poszerzenie linii widmowych, wynikające z ruchu atomów, przekracza wielkość tego rozszczepienia.

Otrzymany przez Lamba i Rethcrfordo wynik można uogólnić: poziomy o takich samych liczbach kwantowych n i j, lecz różnych l, nie są dokładnie takie same. Okazuje się, że wszystkie stany S_l;, leżą wyżej niż odpowiednie stany P_w, przy czym różnica ta wynosi około 10% różnicy energii między stanami P_VJ i P,,j. Z kolei stany P^j leżą wyżej niż stany Dj,j o około 2%« różnicy energii między stanami D_}/] i D_V1.

Schemat doświadczenia Lamba-Retherforda pokazano na rys. 12.22. Wiązka atomów wodoru jest wytwarzana z cząsteczek H, metodą dysocjocji termicznej przy 2500 °C. Niewielka liczba tych atomów zostaje wzbudzona do stanu metalrwalego 2 ^łS_t,,, przez bombardowanie elektronami. Przejścia optyczne między tym stanem i stanem podstawowym I ^aS|„ są wzbronione Następnie atomy przechodzą przez regulowany rezonator promieniowania wysokiej częstości lub mikrofalowy i padają na folię wolframową, gdzie mogą oddać energię wzbudzenia, uwalniając elektron z powierzchni metalu. Pomiary prądu elektronowego służą jako wskaźnik szybkości docierania do detektora atomów w stanie 2 ⁴S_(/J. Te atomy, które zostały wzbudzone do stanu 2^łP„j przez absorpcję mikrofal w zakresie 10000 MHz (por. układ stanów na rys. 12.21), w rezonatorze mikrofalowym mogą emitować światło o długości

131