超精細結構

用解析度很高的光譜學方法研究原子光譜時，可以發現許多原子光譜線由多條線構成，呈現出非常精細的結構，大約比精細結構小3個數量級，稱之為超精細結構。由於核磁矩和核電四極矩引起的原子能級和光譜的多重分裂，須用分辨本領很高的分光儀器觀測。

基本介紹

• 中文名：超精細結構
• 外文名：Hyperfine structure
• 解釋：泡利
• 組成：原子光譜線由多條線構成

定義

許多核具有自旋，伴隨之具有磁矩。核磁矩與電子之間的相互作用造成能級分裂。核磁矩很小，能級的分裂也很小。超精細結構能級由電子總角動量量子數J、核自旋I和包括核自旋的總角動量量子數F來標記。能級間隔遵從類似的朗德間隔定則。許多核還有電四極矩，核電四極矩與電子在核處所產生的電場梯度相互作用引起能量的微小改變，疊加在磁矩引起的超精細結構上，使分裂偏離朗德間隔定則。能級的超精細結構造成光譜線的超精細結構。

研究歷史

最早解釋超精細結構的是泡利，1926年，泡利提出了核自旋和核磁矩的假定。許多核具有自旋，伴隨之具有磁矩。核磁矩與電子之間的相互作用造成能級分裂。核磁矩很小，能級的分裂也很小。許多核還有電四極矩，核電四極矩與電子在核處所產生的電場梯度相互作用引起能量的微小改變，疊加在磁矩引起的超精細結構上，使分裂偏離朗德間隔定則。能級的超精細結構造成光譜線的超精細結構。

形成機理

在量子力學中，超精細結構與精細結構的形成機理具有相似性，都是通過磁矩耦合來實現的。然而，形態場假說卻否定了上述觀點，因為在複式原子模型中，核外電子只存在自旋磁矩，不存在軌道磁矩；電子的自旋磁場方向是固定的，與原子核的磁場方向保持一致，二者共同構成了原子的磁場。在核磁場與電子磁場之間，不發生磁矩多重耦合作用，因而不會引起原子能級的分裂。

複式原子模型認為，超精細結構與原子磁軸的擺動有關，屬於原子譜線的一種偏振位移行為。電磁波具有偏振屬性，每一條譜線都是偏振光在觀測軸上投影。與塞曼效應相對照，在沒有磁場的環境中，發光原子的磁軸取向是自由的，相對觀測軸的傾角各異，每條譜線的偏振位移值不盡相同，由此構成了譜線的超精細結構。

測定

根據實驗測得的光譜線的超精細結構，可以確定原子核的自旋和電四極矩。因原子核同位素質量不同而觀察到的光譜多重結構稱為同位素效應，不屬於超精細結構，它只造成譜線的平移，不影響超精細結構的能級間隔。