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量的矢量和就是原子核的角動量核子的自旋和軌道角動量的矢量和就是原子核的角動量, ,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）原子核的角動量）原子核的角動量原子核和原子一樣也具有角動量，這是因為每個核子都有自原子核和原子一樣也具有角動量，這是因為每個核子都有自旋，而且旋，而且核子在核內(nèi)還有軌道運(yùn)動。核子在核內(nèi)還有軌道運(yùn)動。1. 原子核的角動量原子核的角動量原子核的角動量和磁矩原子核的角動量和磁矩每個核子的自旋都

2、為每個核子的自旋都為1/21/2，自旋角動量與電子一樣。，自旋角動量與電子一樣。(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)角動量的相加規(guī)則，容易證明，根據(jù)角動量的相加規(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)，或從分子光譜測得。例如，當(dāng)用分辨本領(lǐng)更高的光譜儀觀察鈉的光譜時，會發(fā)現(xiàn)鈉主線系第一條譜線儀觀察鈉的光譜時，會發(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個值個值; ;如果如果I I J,FJ,F有有2J+12J+1個值。不同個值。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）的能級又分裂成（值）的能級又分裂成（2I+12I+1）或（）或（2J+12J+1）個子能級。）個子能級。P PF F = P= PJ J +

5、 P+ PI I 產(chǎn)生超精細(xì)結(jié)構(gòu)的原因是因為原子核有角動量產(chǎn)生超精細(xì)結(jié)構(gòu)的原因是因為原子核有角動量( (核自旋核自旋) )。原。原子的角動量，在考慮了核自旋后，應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮拥慕莿恿颗c子的角動量，在考慮了核自旋后，應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮拥慕莿恿颗c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)動產(chǎn)生運(yùn)動產(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，理論和實驗都證另外質(zhì)子和中子本身還有與自旋相關(guān)的磁矩，理論和實驗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，與軌道角動量相聯(lián)系的磁矩為零，這十分自中子不帶電，與軌道角動量相聯(lián)系的磁矩為零，這十分自然。但是，與自旋角動量相聯(lián)系的磁矩卻不為零，這表明，然。但是，與自旋角動量相聯(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)值不能通過公式計算的數(shù)值不能通過公式計算, ,只能由實驗測得。只能由實驗測得。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