原子光譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)

1、1原子光譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)原子光譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)2核子的自旋和軌道角動(dòng)量的矢量和就是原子核的角動(dòng)量核子的自旋和軌道角動(dòng)量的矢量和就是原子核的角動(dòng)量, ,習(xí)習(xí)慣上也稱它為原子核的自旋，并用慣上也稱它為原子核的自旋，并用P PI I表示，表示， P PI I是量子化的。是量子化的。 I 稱為核自旋量子數(shù)稱為核自旋量子數(shù)（1）原子核的角動(dòng)量）原子核的角動(dòng)量原子核和原子一樣也具有角動(dòng)量，這是因?yàn)槊總€(gè)核子都有自原子核和原子一樣也具有角動(dòng)量，這是因?yàn)槊總€(gè)核子都有自旋，而且旋，而且核子在核內(nèi)還有軌道運(yùn)動(dòng)。核子在核內(nèi)還有軌道運(yùn)動(dòng)。1. 原子核的角動(dòng)量原子核的角動(dòng)量原子核的角動(dòng)量和磁矩原子核的角動(dòng)量和磁矩每個(gè)核子的自旋都

2、為每個(gè)核子的自旋都為1/21/2，自旋角動(dòng)量與電子一樣。，自旋角動(dòng)量與電子一樣。(1)IPI I3MI稱為核磁量子數(shù)稱為核磁量子數(shù)（2 2）P PI I在某特殊方向投影的數(shù)值為；在某特殊方向投影的數(shù)值為；,I,I 1,I 1, IIZIIPMM 根據(jù)角動(dòng)量的相加規(guī)則，容易證明，根據(jù)角動(dòng)量的相加規(guī)則，容易證明，A為奇數(shù)的原子為奇數(shù)的原子核，它的核，它的I一定是半整數(shù)，一定是半整數(shù)，A為偶數(shù)的原子核，它的為偶數(shù)的原子核，它的I一一定是整數(shù)。所以，定是整數(shù)。所以，A為奇數(shù)的原子核是費(fèi)米子，為奇數(shù)的原子核是費(fèi)米子，A為偶為偶數(shù)的原子核為玻色子。數(shù)的原子核為玻色子。4 原子核的角動(dòng)量（核自旋）可以從原子

3、光譜的超精細(xì)結(jié)原子核的角動(dòng)量（核自旋）可以從原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，或從分子光譜測(cè)得。例如，當(dāng)用分辨本領(lǐng)更高的光譜構(gòu)，或從分子光譜測(cè)得。例如，當(dāng)用分辨本領(lǐng)更高的光譜儀觀察鈉的光譜時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)鈉主線系第一條譜線儀觀察鈉的光譜時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)鈉主線系第一條譜線D D雙線的雙線的D D1 1線線 由相距為由相距為0.0230.023埃的兩條線組成埃的兩條線組成,D,D2 2線由相距為線由相距為0.0210.021埃埃的兩條線組成的兩條線組成. .這就是原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。這就是原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。3P3/23P1/2F2=I+1/2FI=I-1/23P3S5893A D5896A D15890A D23P

4、3/23P1/23S1/2（3 3）原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)）原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)5P PF F的數(shù)值也是量子化的的數(shù)值也是量子化的, ,其值為：其值為：F=I+J,I+J-1,F=I+J,I+J-1,I-JI-J 如果如果J J I,I, F F有有2I+12I+1個(gè)值個(gè)值; ;如果如果I I J,FJ,F有有2J+12J+1個(gè)值。不同個(gè)值。不同F(xiàn) F的狀態(tài)具有不同能量，于是原來不考慮核自旋（的狀態(tài)具有不同能量，于是原來不考慮核自旋（F=JF=J為定為定值）的能級(jí)又分裂成（值）的能級(jí)又分裂成（2I+12I+1）或（）或（2J+12J+1）個(gè)子能級(jí)。）個(gè)子能級(jí)。P PF F = P= PJ J +

5、 P+ PI I 產(chǎn)生超精細(xì)結(jié)構(gòu)的原因是因?yàn)樵雍擞薪莿?dòng)量產(chǎn)生超精細(xì)結(jié)構(gòu)的原因是因?yàn)樵雍擞薪莿?dòng)量( (核自旋核自旋) )。原。原子的角動(dòng)量，在考慮了核自旋后，應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮拥慕莿?dòng)量與子的角動(dòng)量，在考慮了核自旋后，應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮拥慕莿?dòng)量與核自旋的矢量和，即核自旋的矢量和，即(1)FPF F62. 2. 原子核的磁矩原子核的磁矩原子核內(nèi)的質(zhì)子帶電，它的原子核內(nèi)的質(zhì)子帶電，它的“軌道軌道”運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“軌道磁矩軌道磁矩”，另外質(zhì)子和中子本身還有與自旋相關(guān)的磁矩，理論和實(shí)驗(yàn)都證另外質(zhì)子和中子本身還有與自旋相關(guān)的磁矩，理論和實(shí)驗(yàn)都證明原子核和核子都具有磁矩，中子和質(zhì)子的磁矩為：明原子核和核子都具有磁矩

6、，中子和質(zhì)子的磁矩為：22nnnPPpNNeeg ()pg ()pmmmN為核子質(zhì)量，為核子質(zhì)量，gp和和gn是朗德因子。是朗德因子。 （1 1）核子的磁矩）核子的磁矩中子不帶電，與軌道角動(dòng)量相聯(lián)系的磁矩為零，這十分自中子不帶電，與軌道角動(dòng)量相聯(lián)系的磁矩為零，這十分自然。但是，與自旋角動(dòng)量相聯(lián)系的磁矩卻不為零，這表明，然。但是，與自旋角動(dòng)量相聯(lián)系的磁矩卻不為零，這表明，雖然中子整體不帶電，但它內(nèi)部存在電荷分布。雖然中子整體不帶電，但它內(nèi)部存在電荷分布。不論是質(zhì)子的磁矩，還是中子的磁矩都清楚表明，它們不不論是質(zhì)子的磁矩，還是中子的磁矩都清楚表明，它們不是點(diǎn)粒子；相反，它們肯定是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粒子是點(diǎn)粒子；相反，它們肯定是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粒子.7NINIINIIIIgmeIIgPmeg)1(2)1(2（2）原子核的磁矩：原子核的磁矩： 質(zhì)子的軌道磁矩質(zhì)子的軌道磁矩和和質(zhì)子、質(zhì)子、 中子的自旋磁矩的總和。中子的自旋磁矩的總和。g gI I 因子因子 的數(shù)值不能通過公式計(jì)算的數(shù)值不能通過公式計(jì)算, ,只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。I I在給定正方向的投影值為：在給定正方向的投影值為：NIIIZMgM MI I=I