原子物理學(xué),第六章在磁場(chǎng)中的原子

1、天文學(xué)家確認(rèn)天文學(xué)家確認(rèn)144.6億歲最長(zhǎng)壽恒星億歲最長(zhǎng)壽恒星 一個(gè)天文學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)再次確定宇宙中迄今最古老恒星HD 140283的年齡，或比既定宇宙的年齡還要大，這意味著宇宙比它看起來(lái)還要老。宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年前一次爆炸后膨脹形成的。1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)?；谶@一推論，宇宙中一切天體的年齡都不應(yīng)超出這個(gè)“宇宙齡”所界定的上限。恒星的年齡可以從它們的發(fā)射功率和擁有的燃料儲(chǔ)備來(lái)估計(jì)。根據(jù)熱核反應(yīng)提供恒星能源的理論，人們得到的天體年齡竟與“宇宙齡”協(xié)調(diào)一致，這對(duì)大爆炸宇宙模型當(dāng)然是十分有

2、力的支持。恒星HD 140283距離地球190光年，位于天秤座星群里的貧金屬次巨星，其視星等7.223，幾乎由氫和氦組成，鐵含量不到太陽(yáng)的1%。2013年，天文學(xué)家最初確定其年齡時(shí)，不禁感到困惑了。根據(jù)宇宙微波背景輻射估計(jì)，目前宇宙年齡為138.17億歲。而它似乎大約有144.6億歲，比宇宙本身還大。這種罕見(jiàn)的恒星似乎相當(dāng)古老，以至于可以將其稱為長(zhǎng)壽之星了。此外，其作為一個(gè)高速的恒星為人所知有一個(gè)世紀(jì)左右，但它在太陽(yáng)附近存在和其組成卻有悖于理論。當(dāng)然，最終揭示這顆“老壽星”的年齡估計(jì)誤差實(shí)際上比原來(lái)的研究更寬泛，天文學(xué)家給這個(gè)邊際增加了8億年。該誤差邊際可能會(huì)使這個(gè)在宇宙中已知最早的星體年輕了

3、許多，但仍在自大爆炸以來(lái)的時(shí)間界限內(nèi)。但是，在這個(gè)年齡的上限是什么？據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，目前，土耳其安卡拉大學(xué)的比羅爾提出是否有種可能：這顆恒星與最初測(cè)量的一樣老，但仍處于“大爆炸的邊緣”？他采用宇宙輻射模型（RUM），計(jì)算宇宙年齡為148.850.4億歲，最低限度的比微波背景輻射估計(jì)推算宇宙的年齡稍微年長(zhǎng)一些，隨之也很容易地調(diào)整出HD 140283的原始年齡。有趣的是，比羅爾的RUM理論給哈勃常數(shù)提出了一種新的動(dòng)態(tài)值，表明自從大爆炸后44億年宇宙膨脹已經(jīng)加速，很可能容納了暗能量。此外，這種加速增長(zhǎng)率本身是緩慢的，轉(zhuǎn)而可能由暗物質(zhì)占據(jù)。暗物質(zhì)和暗能量已被廣泛討論、爭(zhēng)議的物理現(xiàn)象，但有觀測(cè)

4、證據(jù)表明它們是真實(shí)的。此外，RUM暗示描述量子大小的普朗克常數(shù)并非是單純的常數(shù)，而是一個(gè)宇宙變量。第六章第六章 在磁場(chǎng)中的原子在磁場(chǎng)中的原子 6.1 原子的磁矩原子的磁矩 6.2 外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用 6.3 史特恩史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 6.4 順磁共振順磁共振 6.5 塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng) 6.6 抗磁性、順磁性和鐵磁性抗磁性、順磁性和鐵磁性第六章第六章 在磁場(chǎng)中的原在磁場(chǎng)中的原子子6.1 原子的磁矩原子的磁矩1.1.電子電子軌道運(yùn)動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)磁矩磁矩閉合電流回路的磁矩閉合電流回路的磁矩iSnzi電子軌道運(yùn)動(dòng)的電流電子軌道運(yùn)動(dòng)的電流:Tei“-”表示電流方向與電

5、子運(yùn)動(dòng)方向相反表示電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反 一個(gè)周期掃過(guò)的面積：一個(gè)周期掃過(guò)的面積：220001112222TTTSdSrdtmrdtdtTmmmP56(1)(1)24lBehel ll lmm 量子化。量子化。磁矩大小磁矩大小: : 2320.92740 104BheA mm 玻爾磁子玻爾磁子 磁矩磁矩空間取向量子化空間取向量子化 2zzlBemm 2iSem 2em .電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)磁矩 2.2.電子自旋運(yùn)動(dòng)磁矩電子自旋運(yùn)動(dòng)磁矩Sesm 自旋磁矩自旋磁矩二、單電子原子的總磁矩二、單電子原子的總磁矩ls(2 )2esm ()2ejsm j與 并不正好反向 在在 方向投影方向投

6、影 是恒定的，垂直是恒定的，垂直 的分量因旋轉(zhuǎn)，其平的分量因旋轉(zhuǎn)，其平均效果為零。所以對(duì)外起作用的是均效果為零。所以對(duì)外起作用的是 ，常把它稱為，常把它稱為電子的電子的總磁矩總磁矩。jjjj()2jjjejjjsjjmjj 2(1)2es jjmj js22212sjjs2jegjm 單電子原子總磁矩（有效磁矩）單電子原子總磁矩（有效磁矩）:111121j(j)l(l)s(s)gj(j) 朗德因子朗德因子 單電子單電子, ,自旋自旋s = 1/2,s = 1/2, 0,1/22jg時(shí)10,1/ 2121jg 時(shí)三、多電子原子的磁矩三、多電子原子的磁矩2JegJm 原子總磁矩仍表示為原子總磁矩仍

7、表示為:（1 1）L-SL-S 耦耦 合合) 1(2) 1() 1() 1(1JJSSLLJJg（2 2）j-jj-j耦合耦合)J(J)(JJ)(jj)J(JggPPiii12111)J(J)(jj)(JJ)J(JgiiPPp12111解：解：) 1(2) 1() 1() 1(1jjsslljjg11P0s1l1j1g(1) ： ， ，2/32P21s1l23j34g(2) ：， ， ，11P2/32P2/14D例例 求下列原子態(tài)的求下列原子態(tài)的g g因子因子：(1) (2) (3)2/14D23s2l21j0g(3) ：， ， ，6.2 外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用一、拉莫爾旋進(jìn)一、

8、拉莫爾旋進(jìn)0 2JJeL HBegJBm dJLdt( , )dJB J 將繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)將繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng), , 只改只改變方向而不改變數(shù)值變方向而不改變數(shù)值. . JJ 在外磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)B B中中, ,原子磁矩原子磁矩 受磁場(chǎng)力矩的作用受磁場(chǎng)力矩的作用, ,繞繞B B連續(xù)進(jìn)連續(xù)進(jìn)動(dòng)的現(xiàn)象。動(dòng)的現(xiàn)象。 J2JJdegBBdtm 2egBBm:旋磁比 繞繞 的方向進(jìn)動(dòng)的角頻率的方向進(jìn)動(dòng)的角頻率, ,與與 的方向一致的方向一致, ,稱為稱為拉拉莫爾進(jìn)動(dòng)莫爾進(jìn)動(dòng)角頻率角頻率. .拉莫爾頻率拉莫爾頻率: : ：JB242egBBm二、原子受磁場(chǎng)作用的附加能量二、原子受磁場(chǎng)作用的附加能量1. 1. 弱磁場(chǎng)弱磁場(chǎng)

9、外磁場(chǎng)的作用比原子內(nèi)部軌道磁矩與自旋磁矩的耦合弱外磁場(chǎng)的作用比原子內(nèi)部軌道磁矩與自旋磁矩的耦合弱. .LS 與外磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生附加能量與外磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生附加能量: :JEB 2ZeEgB Jm2BeEMgBMgBmZJM而：,1,.MJ JJ磁量子數(shù)在外磁場(chǎng)中在外磁場(chǎng)中, ,原子的能級(jí)分裂成原子的能級(jí)分裂成 個(gè)個(gè), ,間隔為間隔為21J BgB例例: : 在磁場(chǎng)中能級(jí)的分裂情況在磁場(chǎng)中能級(jí)的分裂情況23/2P1,1/2,3/2LSJ(1)(1)(1)14/32 (1)J JL LS SgJ J 3/ 2,1/ 2, 1/ 2, 3/ 26/3,2/3, 2/3, 6/3MMg分裂為四個(gè)能級(jí)，裂距分

10、裂為四個(gè)能級(jí)，裂距4/3BB2. 2. 強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)在強(qiáng)外磁場(chǎng)作用下，在強(qiáng)外磁場(chǎng)作用下， 不能再耦合成不能再耦合成 ，而是分別直接與，而是分別直接與 耦合產(chǎn)生附加能量耦合產(chǎn)生附加能量. .,LSBLSEBB 取外磁場(chǎng)方向?yàn)槿⊥獯艌?chǎng)方向?yàn)閆 Z軸方向，軸方向，2ZZeeEL BS Bmm(2)(2)2LSBLSeB MMB MMm,1,.,1,.,LSML LLMS SS能量與量子數(shù)能量與量子數(shù) 有關(guān)。有關(guān)。由于不再出現(xiàn)由于不再出現(xiàn) ，也就沒(méi)有，也就沒(méi)有 因子出現(xiàn)。因子出現(xiàn)。,LSMMJg6.3 史特恩史特恩-革拉赫實(shí)驗(yàn)革拉赫實(shí)驗(yàn)19211921年史特恩年史特恩-蓋拉赫進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是對(duì)蓋拉赫進(jìn)行的

11、實(shí)驗(yàn)是對(duì)原子角動(dòng)量空間原子角動(dòng)量空間取向量子化取向量子化的首次直接觀察，是原子物理學(xué)最重要的實(shí)的首次直接觀察，是原子物理學(xué)最重要的實(shí)驗(yàn)之一。驗(yàn)之一。 19431943年，年，史特恩史特恩獲諾貝爾物獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，貢獻(xiàn)：開(kāi)發(fā)了分子理學(xué)獎(jiǎng)，貢獻(xiàn)：開(kāi)發(fā)了分子束方法以及質(zhì)子磁矩的測(cè)量束方法以及質(zhì)子磁矩的測(cè)量 當(dāng)時(shí)，電子自旋角動(dòng)量的概念尚未提出。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明原子軌當(dāng)時(shí)，電子自旋角動(dòng)量的概念尚未提出。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明原子軌道角動(dòng)量在外磁場(chǎng)中具有空間取向量子化特征。道角動(dòng)量在外磁場(chǎng)中具有空間取向量子化特征。 每個(gè)角動(dòng)量對(duì)應(yīng)一個(gè)磁矩每個(gè)角動(dòng)量對(duì)應(yīng)一個(gè)磁矩L量子化量子化即：即：量子化量子化1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

12、2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想具有磁矩的原子在磁場(chǎng)中受力矩的作用而產(chǎn)生拉莫兒旋進(jìn)具有磁矩的原子在磁場(chǎng)中受力矩的作用而產(chǎn)生拉莫兒旋進(jìn), ,在外在外磁場(chǎng)中的附加能量磁場(chǎng)中的附加能量( (勢(shì)能勢(shì)能): ): EB FE對(duì)均勻磁場(chǎng)對(duì)均勻磁場(chǎng): , : , 原子不改變運(yùn)動(dòng)路徑原子不改變運(yùn)動(dòng)路徑. .0F 對(duì)非均勻磁場(chǎng)對(duì)非均勻磁場(chǎng): , : , 原子除受力矩作用外原子除受力矩作用外, ,還受到力的作用還受到力的作用, , 而改變運(yùn)動(dòng)路徑而改變運(yùn)動(dòng)路徑. .0F 0,0 xyzZFFdBFdz無(wú)磁場(chǎng)有磁場(chǎng)NS銀原子束通過(guò)非均勻磁場(chǎng)時(shí)將分裂成兩束銀原子束通過(guò)非均勻磁場(chǎng)時(shí)將分裂成兩束3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)對(duì) H、

13、Li、Na、K 、Cu、Au等等原子也都觀察到了類似的取向行原子也都觀察到了類似的取向行為。為。基態(tài)銀原子基態(tài)銀原子, ,相片相片P上有兩條黑上有兩條黑斑，兩者對(duì)稱分布。斑，兩者對(duì)稱分布。證明了原證明了原子磁矩子磁矩 進(jìn)而角動(dòng)量的空間取進(jìn)而角動(dòng)量的空間取向量子化行為。向量子化行為。按波爾理論，對(duì)一軌道角動(dòng)量按波爾理論，對(duì)一軌道角動(dòng)量 ，空間取向量子數(shù)有空間取向量子數(shù)有 ，即分，即分裂應(yīng)為裂應(yīng)為 奇數(shù)個(gè)奇數(shù)個(gè)。nn21n為了解釋上述困難以及堿金屬原子的雙線結(jié)構(gòu)為了解釋上述困難以及堿金屬原子的雙線結(jié)構(gòu)，19251925年兩位不年兩位不到到2525歲的荷蘭學(xué)生烏倫貝克和古茲米特提出歲的荷蘭學(xué)生烏倫貝

14、克和古茲米特提出電子自旋電子自旋假設(shè)。假設(shè)。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋21()()2ZdBLzmdZv原子束偏離原方向的橫向位移為原子束偏離原方向的橫向位移為應(yīng)為應(yīng)為 在在 方向的分量方向的分量 :ZJB()JZ()()2JZzegJm 2eg MmBMg 21()()2BdBLzM gmdZv 有有 個(gè)值，因而有個(gè)值，因而有 個(gè)條紋。個(gè)條紋。,1,.MJ JJ21J 21J 基態(tài)原子最外層為基態(tài)原子最外層為s 電子，原子態(tài)：電子，原子態(tài)： 兩個(gè)條紋！兩個(gè)條紋！21/2,1/2,SJ 1/2, 1/2M 5.意義意義史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)證明了史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)證明了: :1.1.角動(dòng)量空間量子化行

15、為；角動(dòng)量空間量子化行為；2.2.電子自旋假設(shè)是正確的，而且自旋量子數(shù)電子自旋假設(shè)是正確的，而且自旋量子數(shù)s s1/21/2；3.3.電子自旋磁矩為電子自旋磁矩為(s1)3ssBBgs 揭開(kāi)太陽(yáng)界面區(qū)的神秘面紗揭開(kāi)太陽(yáng)界面區(qū)的神秘面紗太陽(yáng)風(fēng)是如何形成的？為什么會(huì)爆發(fā)太陽(yáng)耀斑？這些謎都與太陽(yáng)大氣層中“難以捉摸的”界面區(qū)有關(guān)。新一期美國(guó)科學(xué)雜志刊登一組篇論文，公布了美國(guó)新型太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星的第一批觀察結(jié)果，初步揭開(kāi)了太陽(yáng)界面區(qū)的神秘面紗。太陽(yáng)大氣從里往外分為光球、色球、過(guò)渡區(qū)和日冕層，其中色球和過(guò)渡區(qū)合稱界面區(qū)。它是太陽(yáng)大氣從光球的攝氏度加熱到日冕的百萬(wàn)攝氏度的關(guān)鍵區(qū)域，因?yàn)槿彰岬奈镔|(zhì)和加熱日冕的能量

16、都需要經(jīng)由這里，界面區(qū)也被認(rèn)為是太陽(yáng)風(fēng)的起源區(qū)域，對(duì)界面區(qū)結(jié)構(gòu)演化的研究還有助于理解太陽(yáng)耀斑爆發(fā)的機(jī)制。這組論文的作者之一、美國(guó)哈佛史密森天體物理學(xué)中心的研究員田暉告訴新華社記者，他們利用年發(fā)射的太陽(yáng)界面區(qū)成像光譜儀衛(wèi)星觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，界面區(qū)充滿了間歇性的極高速度（每秒千米至千米）的小尺度（寬度小于千米）噴流，是過(guò)渡區(qū)的一種主要結(jié)構(gòu)。而在大部分現(xiàn)有的太陽(yáng)風(fēng)模型中，界面區(qū)里物質(zhì)外流的速度一般只有每秒幾千米，且流動(dòng)是穩(wěn)定與連續(xù)不停的。如果將噴流包含進(jìn)太陽(yáng)大氣模型，模型預(yù)測(cè)的過(guò)渡區(qū)輻射將會(huì)大幅增強(qiáng)。他們的觀測(cè)還表明，過(guò)渡區(qū)是非常動(dòng)態(tài)的，其局地的厚度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)千米。而現(xiàn)有的太陽(yáng)大氣模型里，太陽(yáng)過(guò)渡區(qū)基本上

17、是一個(gè)靜態(tài)區(qū)域，只有千米厚的區(qū)域，這些模型預(yù)測(cè)的過(guò)渡區(qū)輻射一般比實(shí)際觀測(cè)的要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。其他新發(fā)現(xiàn)還包括：在攝氏度的光球局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)了溫度高達(dá)萬(wàn)攝氏度的物質(zhì)，以往從來(lái)沒(méi)發(fā)現(xiàn)光球中存在如此高溫的物質(zhì)；太陽(yáng)界面區(qū)里的精細(xì)結(jié)構(gòu)很多都在旋轉(zhuǎn)，這些旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可能把能量從低層大氣攜帶到了色球和過(guò)渡區(qū)；太陽(yáng)過(guò)渡區(qū)里有些低矮的細(xì)小的環(huán)形結(jié)構(gòu)，類似微型龍卷風(fēng)，科學(xué)家認(rèn)為，這些結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致過(guò)渡區(qū)輻射強(qiáng)于預(yù)測(cè)的主要原因；日冕中微小耀斑產(chǎn)生的能量傳輸?shù)闹饕绞绞请娮邮皇菬醾鲗?dǎo)，不過(guò)并非所有的微小耀斑都使用電子束的能量傳輸方式，因?yàn)橛行┯^測(cè)現(xiàn)象都能通過(guò)兩種機(jī)制來(lái)解釋等。6.4 塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)事實(shí)一、實(shí)驗(yàn)事

18、實(shí)1.1.塞曼效應(yīng)現(xiàn)象塞曼效應(yīng)現(xiàn)象18961896年，荷蘭物理學(xué)家塞曼發(fā)現(xiàn)：若把光源放入磁場(chǎng)中，則年，荷蘭物理學(xué)家塞曼發(fā)現(xiàn)：若把光源放入磁場(chǎng)中，則一條譜線就會(huì)分裂成幾條，且一條譜線就會(huì)分裂成幾條，且分裂后的譜線成分是分裂后的譜線成分是偏振的偏振的，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng)。 光波是橫波，即光波矢量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上作無(wú)規(guī)則取向，但統(tǒng)計(jì)平均來(lái)說(shuō)，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機(jī)會(huì)均等的，它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱的，即光矢量具有軸對(duì)稱性、均勻分布、各方向振動(dòng)的振幅相同，這種光就稱為自然光自

19、然光。 偏振光是偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光（線偏光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動(dòng)方向只局限在一確定的平面內(nèi)，則這種偏振光稱為平面偏振光平面偏振光，若軌跡在傳播過(guò)程中為一直線，故又稱線偏振光線偏振光。如果光波電矢量隨時(shí)間作有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直軌跡在傳播過(guò)程中為一直線，故又稱線偏振光線偏振光。如果光波電矢量隨時(shí)間作有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形,則稱為圓偏振光圓偏振光或橢圓偏振光橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動(dòng)在傳播過(guò)程中只是在某一確定的方向上

20、占有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，這種偏振光就稱為部分偏振光部分偏振光。正常塞曼效應(yīng)：正常塞曼效應(yīng)：一條譜線在外磁場(chǎng)作用下，分裂為等間隔的一條譜線在外磁場(chǎng)作用下，分裂為等間隔的三條譜線。三條譜線。垂直于磁場(chǎng)方向觀察垂直于磁場(chǎng)方向觀察沿磁場(chǎng)方向觀察沿磁場(chǎng)方向觀察反常塞曼效應(yīng)：反常塞曼效應(yīng)：除正常塞曼效應(yīng)外的塞曼效應(yīng)。除正常塞曼效應(yīng)外的塞曼效應(yīng)。1902年，洛侖茲、塞曼獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年，洛侖茲、塞曼獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)二、理論解釋二、理論解釋1.1.基本理論基本理論12EEh 設(shè)無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，有兩個(gè)能級(jí)設(shè)無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，有兩個(gè)能級(jí) ，它們之間的躍遷將它們之間的躍遷將產(chǎn)生產(chǎn)生一條譜線：一條譜線： 12,E E若加外磁場(chǎng)，則兩個(gè)能級(jí)

21、各附加能量若加外磁場(chǎng)，則兩個(gè)能級(jí)各附加能量 ,使能級(jí)發(fā)生使能級(jí)發(fā)生分裂，所以光譜為：分裂，所以光譜為：12,EE212211()()hEEEEEE 2211BhM gM gBh1E2E0B 22EE11EEh0B 2211/BM gM gB h將頻率差轉(zhuǎn)為波數(shù)差將頻率差轉(zhuǎn)為波數(shù)差:2211114BeM gM gmc2211M gM g L4BeLmc洛侖茲單位 磁能級(jí)之間的躍遷選擇定則磁能級(jí)之間的躍遷選擇定則 產(chǎn)生產(chǎn)生 線線( (但但 時(shí)時(shí) 除外除外) ) 0M0J0012MM1M 產(chǎn)生產(chǎn)生 線線2. 鎘鎘6438.476438.47埃的塞曼效應(yīng)埃的塞曼效應(yīng)這條線對(duì)應(yīng)的躍遷是這條線對(duì)應(yīng)的躍遷是

22、1D21P11P11D2L S J M g Mg2 0 2 0，1， 2 1 21 0 1 0， 1 1 1 221111()(0,1)M gM gLL00L 借助格羅春圖計(jì)算波數(shù)的改變：借助格羅春圖計(jì)算波數(shù)的改變：M 2 1 0 -1 -2 M2g2 2 1 0 -1 -2M1g1 1 0 -1（M2g2 - M1g1）=L) 1 , 0 , 1()1(0 0 0-1 -1 -11 1 1 0L01D21P16438無(wú)磁場(chǎng)有磁場(chǎng)Cd6438的正常塞曼效應(yīng)躍遷圖MMg-1-2-1-2210210-1-110103. NaNa原子原子58905890埃和埃和58965896埃雙線的塞曼效應(yīng)埃雙線

23、的塞曼效應(yīng)這兩條線對(duì)應(yīng)的躍遷是：這兩條線對(duì)應(yīng)的躍遷是：2P3/22P1/22S1/22S1/22P3/22P1/2L S J M g Mg 0 1/2 1/2 1/2 2 1 1 1/2 1/2 1/2 2/3 1/3 1 1/2 3/2 1/23/2 4/3 2/3 6/32S1/2在外磁場(chǎng)中2P3/2分裂為四個(gè)塞曼能級(jí)， 間距為4 BB /3；2P1/2分裂為二，間距為 2BBo/3 ； 2S1/2分裂為二，間距為 2BBo2P1/22S1/2M 1/2 -1/2 M2g2 1/3 -1/3 M1g1 1 -1（M2g2 - M1g1）=-2/3 2/3L)34,32,32,34()1(-

24、4/34/3借助格羅春圖計(jì)算波數(shù)的改變：借助格羅春圖計(jì)算波數(shù)的改變：2P3/22S1/2M 3/2 1/2 -1/2 -3/2 M2g2 6/3 2/3 -2/3 -6/3M1g1 1 -1-1/3 1/3L)35,33,31,31,33,35()1(-5/3 -3/33/3 5/33S3P不考慮自旋不考慮自旋考慮自旋考慮自旋2S1/22P1/22P3/21/2 1/3-1/2 -1/31/2 1-1/2 -1Mg-1/2 -2/3M3/2 6/31/2 2/3-3/2 -6/3在磁場(chǎng)中在磁場(chǎng)中 5896 58905896589058934. 塞曼效應(yīng)譜線的偏振性質(zhì)塞曼效應(yīng)譜線的偏振性質(zhì)發(fā)光前

25、原子系統(tǒng)的角動(dòng)量等于發(fā)光后原子系統(tǒng)的角動(dòng)量與所發(fā)光前原子系統(tǒng)的角動(dòng)量等于發(fā)光后原子系統(tǒng)的角動(dòng)量與所發(fā)光子的角動(dòng)量的矢量和發(fā)光子的角動(dòng)量的矢量和( (光子的角動(dòng)量為光子的角動(dòng)量為 ).).M=M2(初初)-M1(末末)=+1: （+型偏振）型偏振）原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量減少原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量減少 1 1 ，所發(fā)光子必定具有在，所發(fā)光子必定具有在磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向+1+1 的角動(dòng)量。的角動(dòng)量。迎著磁場(chǎng)方向觀察：迎著磁場(chǎng)方向觀察：該光的矢量該光的矢量逆時(shí)旋轉(zhuǎn)逆時(shí)旋轉(zhuǎn)，所以，所以它是左旋圓偏振光它是左旋圓偏振光+ +。（沿B方向觀察，它是右旋圓偏振光-）垂直于磁場(chǎng)方向觀察：垂直于磁場(chǎng)方向觀察： 線偏

26、振光。線偏振光。M=M2(初初)-M1(末末)= -1: （- 型偏振）型偏振）原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量增加原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量增加 1 1 ，所發(fā)光子必定具有在，所發(fā)光子必定具有在磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向 - 的角動(dòng)量。的角動(dòng)量。迎著磁場(chǎng)方向觀察：迎著磁場(chǎng)方向觀察：該光的矢量該光的矢量順時(shí)旋轉(zhuǎn)順時(shí)旋轉(zhuǎn)，所以，所以它是右旋圓偏振光它是右旋圓偏振光- - 。（沿B方向觀察，它是左旋圓偏振光+ + ）垂直于磁場(chǎng)方向觀察：垂直于磁場(chǎng)方向觀察： 線偏振光。線偏振光。M=0： （ 型偏振）型偏振）光子攜帶角動(dòng)量垂直于磁場(chǎng)。光子攜帶角動(dòng)量垂直于磁場(chǎng)。迎著磁場(chǎng)方向觀察：迎著磁場(chǎng)方向觀察：觀察不到觀察不到M=0M=0躍遷的光躍遷的光垂直磁場(chǎng)方向觀察垂直磁場(chǎng)方向觀察：電矢量平行磁場(chǎng)的線電矢量平行磁場(chǎng)的線偏振光。偏振光。按觀察方向：按觀察方向：在垂直磁場(chǎng)方向：在垂直磁場(chǎng)方向： 迎磁場(chǎng)方向：迎磁場(chǎng)方向：1:0:MEBMEB 的線偏振的線偏振1:1:0:MMM 左旋圓偏振右旋圓偏振看不到6.5 帕邢帕邢貝克效應(yīng)貝克效應(yīng)19121912年。年。原子譜線在強(qiáng)磁場(chǎng)中分裂的現(xiàn)象原子譜線在強(qiáng)磁場(chǎng)中分裂的現(xiàn)象。強(qiáng)磁場(chǎng)雖然破壞強(qiáng)磁場(chǎng)雖然破壞了了LSLS耦合，但各電子間的軌道角動(dòng)量、自旋角動(dòng)量的耦合仍耦合，但各電子間的軌道角動(dòng)量、自旋角動(dòng)量的耦合仍然存在，然存