ВОЗРОЖДЕНИЕ СТРУНПодобно высокой моде, космология имеет свои собственные причуды, пристрастия и заблуждения. Минули благословенные дни обзоров галактик и открытия квазаров; сегодня все помешаны на загадке первых звезд Вселенной и природы темной энергии.Но,например, возвращается интерес к космическим струнам, потерянный в конце 1990-х гг. Далее... |
сверхтонкое взаимодействие
СВЕРХТОНКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - взаимодействие магн. и квадрупольного
моментов ядер с магн. и электрическим полями окружающих электронов. С.
в. приводит к сверхтонкой структуре энергетич. уровней в атомах,
молекулах и твёрдых телах с характерным энергетич. масштабом, на 3 порядка
меньшим масштаба тонкой структуры, связанной со спин-орбитальным
взаимодействием. Число подуровней сверхтонкой структуры равно 2I
+ 1, если спин ядра I меньше момента электронной оболочки J, и 2J + 1 в противном случае, Гамильтониан С. в.
имеет вид:
где
- гамильтонианы магн. и квадрупольного взаимодействий; Н и
- напряжённость магн. поля и электростатич. потенциал, создаваемые электронами
в месте нахождения ядра;
и
-
- магн. и квадрупольный моменты ядра, е - заряд электрона. Здесь
угл. скобки
означают усреднение по волновым ф-циям ядра,
- компоненты вектора r; индексы
,
ось z направлена вдоль спина ядра. Величины
и
можно
выразить через ядерный спин:
где
- магнетон Бора, mе, тp - массы электрона
и протона, gI - гиромагнитное отношение, Q - ср. по волновым
ф-циям ядра значение компоненты Qzz в состоянии с макс.
проекцией спина на ось z,
- Кронекера символ .Магн. поле Н, создаваемое электронами в месте
нахождения ядра, является суммой поля, обусловленного орбитальным движением
электронов
и поля Hs, связанного с распределением спиновой
плотности. Поле Hs может быть представлено в виде
суммы поля, соответствующего магнитодипольному взаимодействию
, и поля, соответствующего контактному взаимодействию
,
где
- волновая ф-ция электрона в месте нахождения ядра, s - спин электрона.
Для электронов с нулевым орбитальным моментом (s-электронов) Hs1
и Нl обращаются в нуль и остаётся только контактное взаимодействие.
Напротив, для электронов с орбитальным моментом l > 0 обращается в нуль
контактное взаимодействие и остаются Hsl и Hl.
Расщепление уровней в атомах и молекулах, к к-рому приводит С. в., по
порядку величины равно
для магн. части взаимодействия
и
для
квадрупольных взаимодействий,
,
где
- тонкой
структуры постоянная, z - заряд ядра,
- единица Ридберга для энергии, а0 - Бора радиус .Характер
расщепления
определяется величиной <IJ>, усреднённой по собств. состоянию системы
с полным моментом F = I + J; М - проекция полного момента:
где С = 2
= F(F + I) - J(J+1) - I(I + 1). Для водородоподобных ионов
в состоянии с квантовыми числами nlj имеем:
Для неводородоподобных атомов, молекул и твёрдых тел расчёт магн. поля и градиента электрич. поля электронных оболочек в месте нахождения ядра весьма сложен. Он, как правило, связан с выходом за рамки обычного Хартри - Фока метода и требует громоздких расчётов. В частности, даже для щелочных элементов учёт спиновой поляризации остова может изменить значение постоянной A в 1,5 раза. В ряде случаев, напр. для атомов и ионов с валентными d-электронами, из-за спиновой поляризации меняется знак магн. поля. Для многозарядных ионов и тяжёлых ядер существенную роль начинают играть релятивистские эффекты и эффекты, связанные с коночным размером ядра.
Экспериментально С. в. исследуется методами лазерной спектроскопии, радиоспектроскопии, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, ядерного квадрупольного резонанса, используются также методы гамма-спектроскопии, основанные на Мёссбауэра эффекте .Изучение сверхтонкого расщепления позволяет определить спины, магн. и квадрупольные моменты ядер, в т. ч. и в случаях, когда время жизни этих ядер мало. В свою очередь, благодаря С. в. ядра играют роль естеств. зонда, позволяющего исследовать электронную структуру твёрдых тел.
С. в. весьма существенно в спектроскопии мезоатомов ,т. к. абс.
величина сверхтонкого расщепления увеличивается в
раз, где
- масса мезона, а относительная - в
раз.
Переход между подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния водорода даёт радиолинию водорода 21 см, к-рая играет чрезвычайно важную роль в совр. радиоастрономии.
Лит.: Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Квантовая механика, 4 изд., М., 1989; Собельман И. И., Введение в теорию атомных спектров, [2 изд.], М., 1977; Сверхтонкие взаимодействия в твердых телах, пер. с англ., М., 1970; L i n d g r е n I., М о r r i s о n J., Atomic many body theory, 2 ed., B.- [a. o.l, 1986. И. Л. Бейгман.