Podstawy fizyki atomu

Zofia Leś

Uzyskaj dostęp

Zakup książkę

ISBN/ISSN:

978-83-01-18014-0

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2015

Liczba stron:

628

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Bibliografia:

Leś, Zofia. Podstawy fizyki atomu. Red. . Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015, 628 s. ISBN 978-83-01-18014-0

Bibliografia refWorks:

RT Book, Whole

SR Electronic(1)

A1 Leś, Z.

T1 Podstawy fizyki atomu

PB Wydawnictwo Naukowe PWN

PP Warszawa

YR 2015

SN 978-83-01-18014-0

Bibliografia BibTex:

@Book{ 139626, author = "Leś, Zofia", editor = "", title = "Podstawy fizyki atomu", publisher = "Wydawnictwo Naukowe PWN", year = "2015", address = "Warszawa", isbn = "978-83-01-18014-0" }

Bibliografia endNote:

TY - BOOK

AU - Leś, Zofia

ED -

TI - Podstawy fizyki atomu

PB - Wydawnictwo Naukowe PWN

CY - Warszawa

PY - 2015

SN - 978-83-01-18014-0

ER -

Netografia (standard APA):

Leś, Zofia. Podstawy fizyki atomu [baza danych online] Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015 [dostęp: 03 05 2024]. Dostęp w Ibuk Libra: https://libra.ibuk.pl/reader/podstawy-fizyki-atomu-zofia-les-139626.

spektroskopia, Laser, Cząstki elementarne, Kondensat Bosego-Einsteina, fizyka jądra atomowego

Wielu z nas wydaje się, że wie, jak wygląda atom: to kulka, dookoła której latają elektrony... O atomie da się powiedzieć bardzo dużo ciekawych rzeczy, o których nawet nie wspomniano nam w szkole...
Obok teorii względności fizyka atomu stanowi...

Więcej

ISBN/ISSN:

978-83-01-18014-0

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2015

Liczba stron:

628

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Przedmowa23
1. Wiadomości wstępne25
1.1. Przedmiot fizyki atomu25
1.2. Widma atomowe27
1.2.1. Charakterystyczne wielkości promieniowania atomowego28
A. Równanie fali elektromagnetycznej28
B. Długość fali – jednostki29
C. Częstość i liczba falowa – jednostki30
D. Energia – jednostki31
1.2.2. Rejestracja widm34
1.3. Widma emisyjne36
1.3.1. Widma liniowe, pasmowe i ciągłe – uwagi ogólne36
A. Widma liniowe36
B. Widma pasmowe38
1.3.2. Widma ciągłe – przykłady39
A. Promieniowanie ciała doskonale czarnego; wzór Plancka39
C. Widma ciągłe39
B. Promieniowanie termiczne i luminescencyjne41
C. Ciągłe promieniowanie optyczne43
D. Ciągłe promieniowanie rentgenowskie43
E. Promieniowanie synchrotronowe45
1.3.3. Widma absorpcyjne47
1.4. Początki spektroskopii atomowej48
1.4.1. Pierwsze pomiary spektroskopowe48
A. Linie Fraunhofera48
B. Rozwój techniki pomiarowej49
1.5. Serie widmowe50
1.4.2. Pierwsze poszukiwania prawidłowości w widmach atomowych50
1.5.1. Odkrycie Balmera51
1.5.2. Termy. Zasada kombinacji Ritza51
1.5.3. Serie wodorowe52
2. Stara teoria kwantów. Atom wodoru54
2.1. Bohra teoria atomu wodoru54
2.1.1. Prosty oscylator harmoniczny Plancka54
2.1.2. Pierwsze modele atomu57
A. Model Thomsona57
B. Model Rutherforda57
2.1.3. Postulaty kwantowe Bohra58
2.1.4. Wyprowadzenie wzoru Rydberga59
A. Energia stanu stacjonarnego59
B. Przejścia promieniste w atomie61
C. Stała Rydberga dla jądra nieruchomego62
2.2. Graficzna ilustracja atomowych stanów energetycznych63
D. Termy63
2.2.1. Kołowe orbity elektronowe w atomie wodoru64
2.2.2. Schemat poziomów energetycznych64
2.2.3. Stany nieskwantowane i widmo ciągłe atomów66
2.3. Widma jonów wodoropodobnych67
2.3.1. Serie widmowe jonów wodoropodobnych67
A. Spektroskopowe oznaczanie widm jonów67
B. Seria Pickeringa67
C. Widma jonów wodoropodobnych w teorii Bohra68
D. Ciężkie jony wodoropodobne69
2.3.2. Wpływ masy jądra na poziomy energetyczne atomów70
A. Masa zredukowana70
B. Izotopowy efekt masy72
2.4. Doświadczalny dowód istnienia skwantowanych stanów energetycznych w atomach73
C. Stała Rydberga atomu wodoru i jonów wodoropodobnych73
2.4.1. Zderzenia pierwszego i drugiego rodzaju74
A. Zderzenia pierwszego rodzaju74
B. Zderzenia drugiego rodzaju74
C. Zderzenia pierwszego i drugiego rodzaju w fizyce atomowej74
2.4.2. Doświadczenie Francka–Hertza75
2.5. Rozszerzenie teorii Bohra przez Sommerfelda76
2.5.1. Uogólnione warunki kwantowe Sommerfelda77
2.5.2. Orbity eliptyczne Sommerfelda78
2.5.3. Energia elektronu na torze eliptycznym79
A. Niezależność energii elektronu od kształtu elipsy79
B. Interpretacja liczb kwantowych n i k79
2.5.4. Subtelna struktura w widmie atomu wodoru według Sommerfelda80
A. Relatywistyczne rozszczepienie poziomów energetycznych w teorii Sommerfelda80
B. Stała struktury subtelnej81
C. Reguła wyboru dla azymutalnej liczby kwantowej83
2.6. Zasada odpowiedniości85
2.6.1. Nieciągłość wartości wielkości fizycznych w mikro- i makroświecie85
A. Moment pędu85
2.6.2. Sformułowanie zasady odpowiedniości86
B. Częstość promieniowania atomu86
2.7. Wady i zalety starej teorii kwantów87
2.7.1. Wady starej teorii kwantów87
2.7.2. Zakres stosowalności starej teorii kwantów88
2.7.3. Zalety starej teorii kwantów88
3. Odkrycie mechaniki kwantowej89
3.1. Wprowadzenie89
3.1.1. Teorie kwantowe Heisenberga i Schrödingera89
3. Odkrycie mechaniki kwantowej89
3.1.2. Obecny status mechaniki kwantowej90
3.2. Dualizm falowo-korpuskularny91
3.1.3. Mechanika kwantowa w niniejszym podręczniku91
3.2.1. Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego92
A. Interferencja92
B. Interferometr Fabry’ego–Pérota94
C. Dyfrakcja na wąskiej szczelinie103
D. Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami104
E. Siatka dyfrakcyjna105
3.2.2. Falowa natura promieniowania rentgenowskiego109
A. Podstawy teoretycznej analizy dyfraktogramów rentgenowskich109
B. Metody otrzymywania dyfraktogramów rentgenowskich110
3.2.3. Korpuskularna natura promieniowania112
A. Zjawisko fotoelektryczne112
C. Bezwzględny pomiar długości fali promieniowania rentgenowskiego112
B. Zjawisko Comptona114
3.2.4. Hipoteza de Broglie’a. Fale materii117
3.2.5. Doświadczalne dowody falowych własności materii118
3.2.6. Dualizm falowo-korpuskularny – podsumowanie wyników doświadczalnych120
3.3. Równanie Schrödingera121
3.3.1. „Wyprowadzenie” równania Schrödingera122
A. Cząstka swobodna, ruch jednowymiarowy122
B. Cząstka swobodna, ruch trójwymiarowy123
3.3.2. Uwagi o równaniu Schrödingera zależnym od czasu124
A. Separacja zmiennych przestrzennych i czasowych124
C. Cząstka w potencjalnym polu sił124
B. Czasowe równanie Schrödingera125
C. Równanie Schrödingera niezależne od czasu125
3.3.3. Równanie Schrödingera jako równanie na wartości własne126
A. Wprowadzenie126
B. Zagadnienia własne w fizyce klasycznej126
D. Ewolucja funkcji stanu w czasie126
C. Ogólne własności równań własnych127
3.3.4. Operatory składowych pędu i współrzędnych położenia128
A. Tworzenie operatorów w mechanice kwantowej128
D. Operatorowa postać równań Schrödingera128
B. Operatory składowych pędu129
C. Operatory współrzędnych położenia129
4. Podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej130
4.1. Formalne przejście od mechaniki klasycznej do kwantowej130
4.2. Fizyczna interpretacja mechaniki kwantowej130
4.2.1. Fizyczne znaczenie wartości własnych131
A. Operatory wielkości fizycznych131
B. Algebra operatorów hermitowskich; komutatory133
4.2.2. Ogólne własności funkcji falowych137
A. Probabilistyczna interpretacja funkcji falowej137
B. Normalizacja funkcji falowej139
C. Funkcje falowe ortogonalne i ortonormalne140
D. Własności funkcji własnych140
4.2.3. Wartości oczekiwane143
A. Wartości oczekiwane w fizyce klasycznej143
B. Wartości oczekiwane w mechanice kwantowej144
C. Obliczanie wartości oczekiwanych145
D. Twierdzenie Ehrenfesta147
4.2.4. Zasada nieokreśloności Heisenberga149
A. Sformułowanie zasady nieokreśloności Heisenberga149
E. Stałe ruchu i prawa zachowania149
B. Wyprowadzenie zasady nieokreśloności Heisenberga150
C. Fale monochromatyczne i pakiety fal materii154
D. Doświadczenie z podwójną szczeliną159
E. Zasada nieokreśloności w mikro- i makrofizyce160
F. Uwagi końcowe161
4.3. Mechanika kwantowa w notacji Diraca162
4.3.1. Przestrzeń wektorowa162
4.3.2. Przestrzeń Hilberta163
4.3.3. Notacja Diraca165
A. Symbole ket i bra165
B. Operatory166
C. Wektory własne i reprezentacje167
4.3.4. Macierzowa reprezentacja mechaniki kwantowej170
A. Elementy macierzowe170
B. Macierze hermitowskie170
C. Macierze diagonalne171
D. Macierze niediagonalne171
E. Macierzowy zapis iloczynu skalarnego172
5. Atom wodoru w mechanice kwantowej173
5.1. Przykłady stosowania metod rachunkowych mechaniki kwantowej173
5.1.1. Zagadnienie własne energii cząstki swobodnej173
5.1.2. Zagadnienie własne składowej momentu pędu174
A. Wartości własne operatora składowej momentu pędu174
B. Funkcje własne operatora składowej momentu pędu175
5.1.3. Zagadnienie własne kwadratu momentu pędu176
A. Wartości własne operatora kwadratu momentu pędu176
B. Funkcje własne operatora kwadratu momentu pędu178
5.1.4. Zagadnienie własne energii atomu wodoru179
A. Energia całkowita układu dwu cząstek179
B. Wartości własne operatora energii atomu wodoru181
C. Funkcje własne operatora energii atomu wodoru183
5.2. Kwantowomechaniczny obraz atomu wodoru185
5.2.1. Unormowana pełna funkcja własna operatora energii185
D. Symbolika stanów kwantowych elektronu185
5.2.2. Zależność φ*φ od kąta ϕ187
5.2.3. Zależność Θ*Θ od kąta ϑ187
5.2.4. Zależność R*R od promienia r188
5.2.5. Ogólny przebieg funkcji Ψ*Ψ190
5.3. Orbitalny moment magnetyczny elektronu191
5.3.1. Orbitalny moment magnetyczny elektronu według fizyki klasycznej191
5.3.2. Orbitalny moment magnetyczny elektronu w mechanice kwantowej192
5.4. Wektorowy model atomu i kwantowanie kierunkowe wektora momentu pędu193
5.3.3. Stosunek giromagnetyczny dla orbitalnego ruchu elektronu193
5.4.1. Precesja Larmora193
5.4.2. Wektor momentu pędu w modelu wektorowym195
5.4.3. Kwantowanie kierunkowe wektora orbitalnego momentu pędu195
5.5. Spin i spinowy moment magnetyczny elektronu196
5.5.1. Liczby kwantowe spinu elektronu197
5.5.2. Spinowy moment magnetyczny elektronu198
A. Związek spinowego momentu magnetycznego ze spinem198
B. Kwantowanie kierunkowe wektora spinu199
C. Spinowy stosunek giromagnetyczny199
5.5.3. Elektronowy czynnik g_e200
A. Definicja czynnika g_e200
B. Czynnik g_e – konfrontacja teorii i doświadczenia201
5.5.4. Funkcje falowe elektronu z uwzględnieniem spinu. Operatory spinu204
A. Schrödingerowskie funkcje falowe ze spinem204
B. Równanie własne operatora spinu204
C. Relacje komutacyjne dla spinu205
D. Macierze spinowe Pauliego; spinory206
E. Spin a fizyka relatywistyczna209
6. Systematyka poziomów energetycznych atomów wieloelektronowych211
6.1. Problem atomu wieloelektronowego w mechanice kwantowej211
6.1.1. Rachunek zaburzeń212
6.1.2. Przybliżenie pola centralnego214
6.2. Równanie Schrödingera w przybliżeniu pola centralnego216
6.2.1. Przybliżenie jednoelektronowe216
6.2.2. Systematyka kwantowych stanów elektronowych w polu centralnym217
6.2.3. Konfiguracja elektronowa218
6.2.4. Samouzgodnione pole Hartree’ego219
6.3. Dodawanie momentów pędu w mechanice kwantowej220
6.3.1. Wypadkowy orbitalny moment pędu atomu wieloelektronowego220
6.3.2. Wypadkowy spin atomu wieloelektronowego222
6.3.3. Dodawanie momentów pędu według modelu wektorowego223
6.4. Całkowity moment pędu powłoki elektronowej atomu224
6.4.1. Całkowity moment pędu powłoki atomu jednoelektronowego224
6.4.2. Całkowity moment pędu powłoki elektronowej atomu o wielu elektronach225
A. Sprzężenie L-S (sprzężenie Russela–Saundersa)225
B. Sprzężenie j-j225
C. Liczba wartości liczby kwantowej J w sprzężeniu L-S i j-j226
6.4.3. Stosunki energetyczne w przybliżeniu sprzężeń L-S i j-j227
A. Niecentralna część oddziaływania kulombowskiego i oddziaływanie spin-orbita227
B. Przybliżenie sprzężenia L-S i j-j229
6.5. Cechy charakterystyczne przybliżenia sprzężenia L-S230
6.5.1. Termy LS i struktura p rosta p oziomów e nergetycznych w schemacie L-S231
A. Symbole literowe termów LS231
B. Krotność termów LS231
C. Przykłady znajdowania symboli termów LS232
6.5.2. Subtelna struktura termów LS i poziomy LSJ233
A. Oddziaływanie spin-orbita w przybliżeniu wiązania L-S233
B. Poprawka do energii wynikająca z oddziaływania spin-orbita233
C. Przykłady znajdowania symboli poziomów LSJ234
D. Multiplety struktury subtelnej234
6.5.3. Względne położenia poziomów energetycznych w sprzężeniu L-S235
A. Reguła Hunda235
B. Reguła odległościowa (interwałów)236
C. Waga statystyczna poziomu energetycznego237
D. Środek ciężkości multipletu237
6.6. Cechy charakterystyczne przybliżenia sprzężenia j-j238
6.6.1. Termy jj i struktura prosta poziomów energetycznych w schemacie j-j238
E. Multiplety regularne i odwrócone238
F. Struktura subtelna termów na przykładzie konfiguracji nsnp238
6.6.2. Struktura subtelna termów jj; poziomy jjJ240
6.6.3. Występowanie wiązania j-j w strukturach atomowych241
6.7. Sprzężenie L-S i j-j w modelu wektorowym242
6.8. Magnetyczny moment powłoki elektronowej związany z jej całkowitym momentem pędu243
6.8.1. Atom jednoelektronowy: związek między wektorami μ oraz j243
6.8.2. Atom wieloelektronowy: związek między wektorami μ i J w sprzężeniu L-S245
6.8.3. Atom wieloelektronowy: związek między wektorami μ i J w sprzężeniu j-j247
6.9. Reprezentacje atomowych stanów kwantowych248
6.9.1. Reprezentacje kwantowych stanów elektronów atomowych248
6.9.2. Reprezentacje kwantowych stanów układów wieloelektronowych249
7. Zasada Pauliego. Okresowy układ pierwiastków251
7.1. Zasada wykluczenia Pauliego251
7.1.1. Zasada wykluczenia w sformułowaniu Pauliego251
7.1.2. Własności zespołów identycznych cząstek elementarnych252
A. Zasada nierozróżnialności cząstek elementarnych252
B. Symetria operatorów obserwabli względem przestawiania cząstek252
C. Zwyrodnienie wymienne252
D. Status symetryczności funkcji falowych względem przestawiania cząstek254
E. Zasada zachowania statusu symetryczności funkcji falowej254
F. Funkcje falowe układów elektronowych255
G. Niemieszanie się stanów o różnym statusie symetryczności256
H. Fermiony i bozony257
7.1.3. Kwantowomechaniczne sformułowanie zasady wykluczenia Pauliego258
7.1.4. Samouzgodnione pole Hartree’ego–Focka258
7.2. Konsekwencje zasady Pauliego dla struktury atomów260
7.2.1. Powłokowa struktura atomów260
A. Maksymalne liczby elektronów równoważnych260
B. Stan podstawowy atomu261
7.2.2. Termy elektronów równoważnych262
A. Termy elektronów równoważnych a zasada Pauliego262
C. Zamknięte powłoki nl262
B. Ogólna metoda znajdowania termów elektronów równoważnych263
C. Multiplety normalne i odwrócone a liczba elektronów w powłoce nl265
7.2.3. Zależność energii oddziaływania elektrostatycznego od liczb kwantowych L i S266
A. Antysymetryczne funkcje falowe elektronów atomu helu266
B. Stany singletowe i trypletowe atomu helu268
C. Poprawki pierwszego rzędu do energii stanów kwantowych atomu helu268
7.3. Okresowy układ pierwiastków270
7.3.1. Ogólna budowa okresowego układu pierwiastków271
A. Cechy charakterystyczne okresowego układu pierwiastków271
B. „Idealna” a rzeczywista struktura układu okresowego pierwiastków277
C. Gazy szlachetne i alkalia278
7.3.2. Szczegółowa struktura okresowego układu pierwiastków280
A. Okres pierwszy: _{1H i _2He}280
B. Okres drugi: ₃Li – ₁₀Ne281
C. Okres trzeci: ₁₁Na – ₁₈Ar282
D. Okres czwarty: ₁₉K – ₃₆Kr283
E. Okres piąty: ₃₇Rb – ₅₄Xe283
F. Okres szósty: ₅₅Cs – ₈₆Rn284
G. Okres siódmy: ₈₇Fr – ²⁹⁴118284
7.3.3. Pierwiastki promieniotwórcze285
A. Czasy życia pierwiastków promieniotwórczych285
B. Naturalne pierwiastki promieniotwórcze285
C. Pierwiastki wytwarzane sztucznie. Transuranowce286
D. Pierwiastki transfermowe287
7.4. Energetyczna kolejność wewnętrznych powłok elektronowych w atomach290
7.5. Kwantowomechaniczny obraz atomu o wielu elektronach292
8. Zarys teorii promieniowania294
8.1. Wprowadzenie294
8.2. Promieniowanie elektryczne dipolowe294
8.2.1. Promieniowanie klasycznego dipola elektrycznego294
8.2.2. Elektryczno-dipolowe promieniowanie atomu według mechaniki kwantowej296
A. Elektryczny moment dipolowy atomu w mechanice kwantowej296
B. Status elektrycznego dipolowego momentu atomu w czasie297
C. Moc linii widmowej298
D. Siła linii widmowej299
E. Względne natężenia linii widmowych300
8.2.3. Współczynniki Einsteina określające prawdopodobieństwa przejść302
8.2.4. Siła oscylatora305
A. Sens fizyczny siły oscylatora305
B. Zespolony współczynnik załamania306
C. Związek siły oscylatora ze współczynnikiem Einsteina dla absorpcji310
D. Reguły sum dla sił oscylatorów311
8.3. Promieniowanie multipolowe312
8.3.1. Retardacja fali elektromagnetycznej312
8.3.2. Elektryczne i magnetyczne układy multipolowe314
A. Statyczne multipole elektryczne314
B. Statyczne multipole magnetyczne315
8.3.3. Multipolowe promieniowanie atomów316
A. Przybliżenie elektryczno-dipolowe316
C. Polowość i promieniowanie multipoli316
B. Dalsze wyrazy rozwinięcia multipolowego317
C. Promieniowanie M1 i E2317
8.4. Reguły wyboru321
8.4.1. Reguły wyboru w starej i nowej teorii kwantowej321
8.4.2. Reguły wyboru związane z prawem zachowania momentu pędu322
A. Reguły wyboru dla liczb kwantowych całkowitego momentu pędu322
B. Reguły wyboru dla kwantowej liczby orbitalnej l325
C. Reguły wyboru o wąskim zakresie działania325
8.4.3. Reguły wyboru związane z parzystością funkcji falowych326
A. Parzystość funkcji falowych326
D. Polaryzacyjne reguły wyboru326
B. Reguła Laporte’a328
8.4.4. Zestawienie reguł wyboru dla promieniowania E1, M1 i E2330
8.5. Szerokość linii widmowych332
8.5.1. Naturalna szerokość linii widmowej332
A. Naturalna szerokość linii widmowej według elektrodynamiki klasycznej332
B. Naturalna szerokość linii widmowej w mechanice kwantowej;czas życia stanów kwantowych335
C. Naturalna szerokość linii a prawdopodobieństwa przejść336
D. Stany metatrwałe337
E. Autojonizacja338
8.5.2. Wpływ czynników zewnętrznych na szerokość linii widmowej339
A. Poszerzenie dopplerowskie339
B. Poszerzenie ciśnieniowe344
C. Poszerzenie starkowskie344
D. Poszerzenie zderzeniowe (ze ściankami źródła)345
E. Poszerzenie związane z czasem przelotu345
9. Ogólna struktura optycznych widm atomowych346
9.1. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracji podstawowej ns346
9.1.1. Fenomenologiczny opis widmowych serii alkaliów346
A. Geneza symboliki termów LS346
B. Defekt kwantowy348
9.1.2. Modelowe objaśnienie widmowych serii alkaliów349
A. Rola zamkniętych powłok elektronowych w alkaliach349
B. Orbity zanurzające się350
9.1.3. Serie widmowe atomów o konfiguracji podstawowej ns w mechanice kwantowej352
C. Orbity niezanurzające się352
9.1.4. Widma jonów alkalipodobnych357
9.1.5. Efektywny ładunek jądra357
9.1.6. Szeregi izoelektronowe; diagramy Bohra–Costera (Moseleya)358
9.2. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracjach podstawowych innych niż ns359
9.2.1. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracji podstawowej ns²360
9.2.2. Serie widmowe pierwiastków trzeciej i dalszych kolumn układu okresowego364
9.3. Subtelna struktura w widmach atomów wieloelektronowych366
9.3.1. Multiplety sprzężenia L-S366
A. Multiplet jako zbiór linii widmowych366
B. Multiplety proste367
C. Multiplety złożone367
9.3.2. Subtelna struktura serii widmowych atomów wieloelektronowych w sprzężeniu L-S368
9.3.3. Stosunki sił linii widmowych i ich natężeń wewnątrz multipletów LS370
A. Reguła sum dla sił linii widmowych370
B. Względne natężenia linii widmowych a reguła sum372
9.3.4. Subtelna struktura linii widmowych w sprzężeniu j-j i pośrednim374
9.4. Subtelna struktura w widmie atomu wodoru375
9.4.1. Subtelna struktura linii wodorowych według mechaniki kwantowej375
9.4.2. Przesunięcie Lamba380
A. Odkrycie i pomiary klasycznego przesunięcia Lamba w wodorze380
B. Teoretyczne wyjaśnienie przesunięcia Lamba382
C. Przesunięcie Lamba podstawowego stanu atomu wodoru383
D. Przesunięcie Lamba w jonach wodoropodobnych384
9.5. Optyczne przejścia wzbronione385
9.5.1. Przejścia wzbronione a stany metatrwałe385
9.5.2. Obserwacje spontanicznego promieniowania M1 i E2 w widmach optycznych386
A. Linie wzbronione w badaniach astrofizycznych386
9.5.3. Optyczne przejścia wymuszone387
B. Wzbronione linie widmowe w badaniach laboratoryjnych387
10. Struktura liniowych widm rentgenowskich389
10.1. Wprowadzenie389
10.1.1. Powstawanie liniowego widma rentgenowskiego389
10.1.2. Ogólna charakterystyka liniowego widma promieni Röntgena389
A. Symbolika widm rentgenowskich389
B. Struktura widm rentgenowskich w porównaniu z optycznymi390
10.2. Prawo Moseleya dla widm rentgenowskich391
10.2.1. Sformułowanie i znaczenie prawa Moseleya391
10.2.2. Termy rentgenowskie; diagramy Bohra–Costera393
10.3. Prosta i subtelna struktura widm rentgenowskich395
10.3.1. Prosta i subtelna struktura termów rentgenowskich395
10.3.2. Atomowe przejścia rentgenowskie396
10.4. Schematy rentgenowskich poziomów energetycznych397
10.4.1. Porównanie optycznych i rentgenowskich poziomów energetycznych397
10.4.2. Schematy rentgenowskich poziomów energii wzbudzenia atomu398
10.4.3. Schematy rentgenowskich poziomów energii wiązania atomu400
10.5. Atomowa absorpcja promieniowania rentgenowskiego402
10.5.1. Rentgenowskie widma absorpcyjne402
A. Powstawanie i struktura widm absorpcyjnych402
B. Spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich403
10.5.2. Elektrony Augera404
10.6. Rentgenowskie promieniowanie atomów egzotycznych405
10.6.1. Ogólne cechy atomów egzotycznych407
10.6.2. Atomy mionowe410
10.6.3. Atomy hadronowe412
11. Wpływ jądra na strukturę widm atomowych414
11.1. Wprowadzenie414
11.2. Nadsubtelna struktura linii widmowych415
11.2.1. Multipole jądrowe415
11.2.2. Spin jądra i moment pędu całego atomu416
11.2.3. Magnetyczny moment dipolowy jądra418
11.2.4. Magnetyczne oddziaływanie jądra z powłoką elektronową419
A. Stała struktury nadsubtelnej419
B. Hipermultiplet jako zbiór podpoziomów struktury nadsubtelnej421
11.2.5. Wyznaczanie spinu i magnetycznego momentu jądra ze struktury nadsubtelnej422
A. Metody wyznaczania spinu jądra z nadsubtelnej struktury linii widmowych422
C. Hipermultiplet jako zbiór linii widmowych422
B. Przykłady wyznaczania spinu jądra z nadsubtelnej struktury linii widmowych423
11.2.6. Wpływ elektrycznego kwadrupolowego momentu jądra na strukturę nadsubtelną425
C. Wyznaczenie magnetycznych dipolowych momentów jąder ze struktury nadsubtelnej425
11.2.7. Wpływ momentów jądrowych M3 i E4 na strukturę nadsubtelną428
11.3. Efekt izotopowy w optycznych widmach atomowych429
11.3.1. Ogólna charakterystyka atomowego efektu izotopowego429
11.3.2. Izotopowe efekty masowe431
A. Normalny efekt masy w atomach jednoelektronowych431
B. Efekty masowe w atomach wieloelektronowych. Specyficzny efekt masy432
11.3.3. Izotopowe efekty pola437
A. Izotopowy efekt objętościowy437
B. Izotopowy efekt kształtu440
11.3.4. Wykres Kinga441
11.3.5. Separacja efektów masowych i polowych444
A. Separacja efektów masowych i polowych w widmach optycznych444
B. Separacja efektów masowych i polowych w widmach rentgenowskich444
11.4. Egzotyczne atomy dwucząstkowe446
11.4.1. Mionium446
11.4.2. Pozytonium448
12. Atom w polu magnetycznym453
12.1. Ogólna charakterystyka efektu Zeemana453
12.1.1. Efekt Zeemana w fizyce klasycznej i kwantowej453
12.1.2. Szczególne przypadki efektu Zeemana454
12.2. Normalny efekt Zeemana455
12.2.1. Zeemanowskie rozszczepienie poziomów singletowych455
12.2.2. Zeemanowskie rozszczepienie linii singletowych; normalny tryplet Lorentza456
12.3. Anomalny efekt Zeemana458
12.3.1. Rozszczepienie poziomów energetycznych w anomalnym efekcie Zeemana458
12.3.2. Rozszczepienie linii widmowych w anomalnym efekcie Zeemana459
12.4. Efekt Paschena–Backa462
12.4.1. Normalny tryplet Lorentza w efekcie Paschena–Backa463
12.4.2. Struktura subtelna efektu Paschena–Backa464
12.4.3. Rozszczepienie linii widmowych w efekcie Paschena–Backa464
12.5. Efekt Zeemana w przypadku pól pośrednich467
12.6. Efekt Zeemana struktury nadsubtelnej468
12.6.1. Efekt Zeemana struktury nadsubtelnej: słabe pole magnetyczne468
12.6.2. Efekt Backa–Goudsmita: silne pole magnetyczne (efekt Zeemana struktury nadsubtelnej)469
12.7. Efekt Zeemana linii wzbronionych472
12.7.1. Reguły polaryzacyjne dla promieniowania E1, M1 i E2472
12.7.2. Reguły polaryzacyjne a identyfikacja przejść wzbronionych473
12.8. Doświadczenie Sterna–Gerlacha474
12.8.1. Przebieg doświadczenia Sterna–Gerlacha474
12.8.2. Interpretacja doświadczenia Sterna–Gerlacha475
12.9. Metody rezonansowe w fizyce atomu476
12.9.1. Rezonans magnetyczny477
A. Rezonans magnetyczny w obrazie klasycznym477
B. Rezonans magnetyczny w obrazie kwantowym479
C. Zastosowania rezonansu magnetycznego479
12.9.2. Podwójny rezonans optyczny. Pompowanie optyczne480
A. Podwójny rezonans w badaniach atomowych stanów wzbudzonych480
B. Podwójny rezonans w badaniach atomowych stanów podstawowych. Pompowanie optyczne482
12.9.3. Rezonans magnetyczny w wiązce atomowej485
A. Rezonansowa metoda Rabiego485
B. Metoda Ramseya rozdzielonych pól zmiennych487
C. Atomowy zegar cezowy489
13. Atom w polu elektrycznym492
13.1. Odkrycie efektu Starka492
13.2. Ogólna charakterystyka efektu Starka493
13.2.1. Degeneracja stanów kwantowych w efekcie Starka494
13.2.2. Reguły polaryzacyjne w efekcie Starka494
13.2.3. Zależność rozszczepienia starkowskiego od głównej liczby kwantowej495
13.2.4. Ogólna teoria efektu Starka495
13.3. Efekt Starka w wodorze i jonach wodoropodobnych498
13.2.5. Indukowany elektryczny moment dipolowy atomu498
13.3.1. Silne pole elektryczne499
A. Rozszczepienia starkowskie w silnym polu elektrycznym499
B. Liniowy efekt Starka500
13.3.2. Bardzo silne pole elektryczne503
A. Kwadratowy efekt Starka503
B. Jonizacja polowa i autojonizacja poprzez zjawisko tunelowe504
13.3.3. Słabe pole elektryczne506
13.3.4. Bardzo słabe pole elektryczne507
13.4. Efekt Starka w atomach wieloelektronowych508
13.4.1. Słabe pole elektryczne509
13.4.2. Silne pole elektryczne510
13.4.3. Bardzo silne pole elektryczne511
14. Atomowa spektroskopia laserowa512
14.1. Fizyczne podstawy działania laserów512
14.1.1. Odkrycie laserów512
14.1.2. Ogólne warunki wywołania akcji laserowej513
A. Promieniowanie wymuszone513
B. Absorpcja i spontaniczna emisja promieniowania513
14.1.3. Laser helowo-neonowy514
A. Inwersja populacji poziomów energetycznych514
C. Podstawowe elementy lasera514
B. Rezonator optyczny; modowa struktura promieniowania laserowego515
14.1.4. Promieniowanie laserowe519
A. Cechy charakterystyczne promieniowania laserowego519
B. Spójność519
C. Monochromatyczność521
D. Ukierunkowanie523
E. Gęstość mocy523
F. Statystyczne własności promieniowania524
14.2. Atomowa spektroskopia laserowa; optyka nieliniowa527
14.2.1. Bezdopplerowska spektroskopia nasyceniowa527
A. Zjawisko nasycenia i współczynnik absorpcji527
B. Dziura Bennetta i dip Lamba530
C. Dip Lamba rejestrowany przeciwbieżną wiązką sondującą532
D. Pik Lamba, czyli odwrócony dip Lamba533
14.2.2. Spektroskopia wielofotonowa535
A. Wprowadzenie535
B. Podwajanie częstości fali elektromagnetycznej536
C. Wzbudzenie wielofotonowe537
D. Bezdopplerowska spektroskopia dwufotonowa538
E. Optyczny grzebień częstości540
F. Pomiar przejścia 1S–2S w wodorze544
14.3. Atomy rydbergowskie546
14.3.1. Ogólne własności atomów rydbergowskich547
14.3.2. Wytwarzanie i detekcja stanów rydbergowskich549
14.3.3. Atomy rydbergowskie w stanach kołowych549
15. Fizyka zimnych atomów552
15.1. Wprowadzenie552
15.2. Chłodzenie laserowe553
15.2.1. Dwa rodzaje chłodzenia laserowego554
A. Chłodzenie dopplerowskie554
B. Chłodzenie spowodowane odrzutem atomu556
C. Względna wielkość obu rodzajów chłodzenia557
15.2.2. Melasa optyczna558
15.3. Pułapki jonowe559
15.3.1. Elektrostatyczne pole pułapek jonowych559
15.3.2. Pułapka Penninga561
15.3.3. Elektromagnetyczna pułapka Paula561
15.3.4. Zastosowanie pułapek jonowych562
15.4. Pułapkowanie atomów obojętnych563
15.4.1. Pułapki magnetyczne563
15.4.2. Pułapki optyczne567
15.4.3. Pułapka magnetooptyczna – PMO570
15.5. Atomowe gazy kwantowe572
15.5.1. Kwantowa degeneracja gazów atomowych572
15.5.2. Kondensacja Bosego–Einsteina574
A. Historia odkrycia kondensacji BE574
B. Parametr degeneracji bozonów575
C. Metatrwałość kondensatu576
D. Chłodzenie przez odparowanie576
E. Realizacja kondensatu Bosego–Einsteina578
F. Obserwacja kondensatu Bosego–Einsteina579
15.5.3. Lasery atomowe582
A. Spójność funkcji falowej kondensatu582
B. Atomowy laser impulsowy583
C. Atomowy laser o pracy ciągłej wytworzony w pułapce magnetycznej583
D. Atomowy laser o pracy ciągłej wytworzony w pułapce optycznej583
15.5.4. Rezonanse Feshbacha w gazach bozonowych584
A. Rozpraszanie fali-584
B. Długość rozpraszania fali-s i równanie Grossa–Pitajewskiego585
C. Modyfikacja długości rozpraszania. Rezonanse Feshbacha586
15.5.5. Ultraniskie temperatury fermionów589
A. Wiadomości wstępne589
B. Degeneracja kwantowa fermionów589
C. Rezonanse Feshbacha i dwuatomowe cząsteczki fermionów591
D. Kondensacja molekularna fermionów592
E. Nadprzewodnictwo i nadpłynność. Pary Coopera594
F. Złącze BCS-kBE. Kondensacja Fermiego595
Uzupełnienie. Dielektryczne pokrycia cienkowarstwowe599
U1. Wprowadzenie599
U2. Spektralne charakterystyki układów cienkowarstwowych600
U3. Analiza układów cienkowarstwowych604
U4. Synteza układów cienkowarstwowych605
U4.1. Układ startowy i funkcja celu605
U4.2. Synteza półprzezroczystego zwierciadła szerokopasmowego606
U4.3. Synteza skomplikowanych pokryć dielektrycznych608
A. Metoda igłowa syntezy608
B. Sylwetka Katedry Wawelskiej610
Literatura613
1. Literatura cytowana613
2. Podręczniki i opracowana monograficzne616
Uzupełnienie616
Uzupełnienie617
Skorowidz619

1.Wiadomościwstępne

1.4.Początkispektroskopiiatomowej

Możnapowiedzieć,żespektroskopiazostałazapoczątkowanaw1666r.,gdyIsaac

Newtonzauważył,iżprzepuszczoneprzezpryzmatpromienieświetlneoróżnychbar-

wachzałamująsiępodróżnymikątami.Chociażbowiemjużstarożytniwiedzieli,żeprze-

zroczystekryształyumieszczonenadrodzepromienisłonecznychpowodująpowstanie

barwnejtęczy,todopieroNewtonwykazał,iżbarwyteniepowstająwkrysztale,ale

stanowiączęściskładoweświatłasłonecznego.

1.4.1.Pierwszepomiaryspektroskopowe

A.LinieFraunhofera

a.PrzeszłostolatpodoświadczeniachNewtonazeświatłemsłonecznymWilliamHyde

Wollaston(1802)iJosephvonFraunhofer(1814)zamiaststosowanegoprzezNewtona

otworukołowego,dowydzieleniawiązkiświatłaużyliwąskiejszczeliny(p.1.2.2.a).

Dziękitemunatlebarwnegowidmaciągłegowykryliciemnelinie.Fraunhoferstablico-

wałokoło600znalezionychliniiwwidmiesłonecznym,a9najmocniejszychoznaczył

kolejnymiwielkimiliteramialfabetułacińskiegoodAdoK,startującodczerwieni.Dłu-

gościfalitychiparuinnychliniiorazpierwiastkiodpowiedzialnezaichpowstaniepoda-

nesąwtabeli1.1.Dzisiajwiemy,żepasmaAiBspowodowanesąabsorpcjąwatmosferze

ziemskiej,apozostałe-watmosferzeSłońca.LinieC,FiG!sąliniamiwodorowymi,

znanymijakoH

a,H

biH

g(p.1.5.1).LinieD

1iD

2stanowiączęstocytowanydubletsodowy

(rys.1.5);centrumtegodubletuoznaczanejestjakoD-odpowiadamudługośćfali

(D)=589,29nm.LiniaGpochodziodwapniaatomowego,natomiastlinieHiK-od

jonówwapnia.

Tabela1.1.LinieFraunhofera

Barwa

czerwona

żółta

zielona

niebieska

ﬁoletowa

Długośćfali

[nm]

Nazwa

Pierwiastek

759,370

686,719

656,279

C(H

589,594

588,997

527,039

486,134

F(H

434,047

G!(H

430,774

396,847

393,368

Brak wyników

Podstawy fizyki atomu

Treść książki

Znajdź bibliotekę blisko siebie, i uzyskaj dostęp do ebooka w systemie IBUK Libra