Атомная спектроскопия

Атомная спектроскопия
Разделы
1.        Атом водорода

Введение. Модель Бора. Спектральные закономерности. Особенности кулоновского потенциала. Уравнение Шредингера. Радиальные и угловые волновые функции. Размерности, масштабирование. Вводное описание роли релятивистских поправок, сверхтонкого расщепления, лэмбовского сдвига.

2.        Центральное поле

Приближение центрального поля. Уравнение Шредингера. Радиальные функции, асимптотика. Уровни энергии. Элементы теории самосогласованного поля. LS-  и JJ связь. Термы. Термы систем эквивалентных и неэквивалентных электронов. Правило Гунда. Правило интервалов Ланде.

3.        Тонкое расщепление

Гамильтониан системы с учетом релятивистских поправок. Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкое расщепление в атоме водорода, вырождение по J в кулоновском поле. Масштабирование  по Z, n.

4.        Атомы щелочных элементов и гелия

Спектры щелочных атомов.  Сериальные закономерности. Квантовый дефект. Спектры орто- и пара-гелия. Двухэлектронная волновая функция. Сравнение спектров орто- и парагелия.

5.        Эффекты ядра. Сверхтонкое расщепление. Изотопический сдвиг. Эффект объема.

Сверхтонкое расщепление. Вклад магнитного момента и электрического квадрупольного момента. Изотопический сдвиг. Учет коррелированного движения электронов. Сдвиг энергии уровней, связанный с конечными размерами ядра. Определение радиуса протона. Мюонные атомы. Проблема постоянной Ридберга.

6.        Элементы теории углового момента

Элементы теории углового момента. Сложение двух моментов. Симметрии пространства. Оператор бесконечно малого поворота. Коммутатор вектора с моментом. Собственные функции момента, матричные элементы. Задача сложения моментов. LS-связь и jj-связь. Переход от одного типа связи к другому, коэффициенты Клебша-Гордана. Сложение трех моментов.  6-j cимволы Вигнера, их свойства, примеры.

7.        Правила отбора

Четность. Правила отбора для электрического дипольного излучения. Разложение поля по мультиполям. Правила отбора для мультипольного излучения. Относительные интенсивности.

8.        Эффект Зеемана

Атом во внешнем магнитном поле. Оператор магнитного момента, гиромагнитное соотношение (g-фактор). g-Фактор в случае LS и jj связи. Одновременный учет эффекта Зеемана и сверхтонкого расщепления, формула Брейта-Раби. Линейный и нелинейный эффект Зеемана. Примеры.

9.        Эффект Штарка

Атом во внешнем электрическом поле. Оператор взаимодействия. Случай двухуровневого атома. Квадратичный и линейный эффект Штарка. Эффект Штарка при наличии вырожденных уровней. Перемешивание уровней, время жизни 2s уровня в атоме водорода. Эффект Штарка в переменном поле. Оптическая дипольная ловушка.

10.   Уравнение Дирака

Вывод релятивистски-инвариантного уравнения Дирака. Биспинорные функции. Точное решение, тонкое расщепление в атоме водорода. Предсказание существования позитрона.

11.   Лэмбовский сдвиг

Понятие лэмбовского сдвига, разложение по альфа. Введение в диаграммную технику, однопетлевые поправки – собственная энергия, поляризация вакуума. Многопетлевые поправки. Поправки отдачи. Поправки на конечный размер ядра. Масштаб, скалирование по Z, альфа.

 
Литература
1.     Введение в атомную спектроскопию/ Собельман И.И., М.:Наука, 1997. – 319 с.
2.     Теоретическая физика. Том 3. Квантовая механика. Нерелятивистская теория/ Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., М.:Наука, 1989. – 786 с.
3.     Теоретическая физика. Том 2. Теория поля/ Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., М.:Наука, 2003.
4.     Nonlinear Optics/ Boyd R.W., London: Academic Press, 2003/ — 578 с
5.     Квантовая оптика/ Скалли М.О., Зубайри М.С., М.: Физматлит,  2003. – 512 с.
6.     Теоретическая физика. Том 4. Квантовая электродинамика/ Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., М.:Наука, 2002.