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原子在外电磁场中的行为 塞曼效应 斯塔克效应 顺磁共振 对孤立原子来说空间没有特殊方向(总角动量守恒 能量与原子空间取向无关(能量与磁量子数无关 角动量为J的能级的简并度：2J+1 原子在外场中，空间各向同性被破坏，简并部分或全部消除。 原子磁偶极矩在磁场中的不同取向(原子有不同能量，塞曼和帕邢－巴赫效应 原子电偶极矩在电场中的不同取向(原子有不同能量 原子能级的分裂导致谱线的分裂 1(Zeeman effect) 塞曼(Zeeman)(1896年) Appendix 7 自旋－轨道耦合能： 轨道磁矩和自旋磁矩与外磁场的作用能： 外磁场的强与弱是相对原子内部磁场而言的。 强磁场：； 弱磁场： 原子内部磁场～1T －对于基态或低激发态，由于原子内部的电磁场要比外场大得多，外场的影响在很多情况下可作为对体系的微扰来处理 －对于高激发态或是很强的外场，外场的影响可以和原子的内部场强相当，或超过内部场强的作用 （1）原子磁矩及磁矩在磁场中的取向能 因电子的轨道运动(轨道角动量)和自旋(自旋角动量)，原子有一个总磁矩 和 总磁矩与总角动量的方向并不是反平行的。 具有磁矩的原子在外磁场中的取向能： 的运动情况一般较复杂：()和()既要绕进动，又要绕进动。 弱磁场情形：原子内磁场外磁场，即自旋－轨道耦合作用较大 即绕的进动速度绕的进动速度 进动速率与磁场强度成正比 与垂直的分量平均为零，可认为对原子磁矩无贡献。 原子磁矩就是与平行的分量，其数值大小是 若，即开壳层电子的自旋角动量耦合成零，则与反平行 原子在磁场中的附加能量： 塞曼能级是无外加磁场时的原子能量+由于磁场产生的附加能量： 其中g因子(Lande g factor)，其含义是原子总磁矩与总角动量的比值。 塞曼能量与有关，即能量与原子角动量相对磁场方向的取向有关，原来2J+1度简并的能级在磁场中分裂成2J+1个子能级。 （2）量子力学描述 强场情形：正常塞曼效应 本征函数：； 本征能量： 谱线为Lorentz triplet 半经典：和分别绕进动 弱场情形：反常塞曼效应 本征函数： ( C-G系数 Physics of Atoms and Molecules, Bransden and Joachain，Appendix 4 正常塞曼效应和反常塞曼效应 的行为相当简单，我们完全可以用经典的语言来解释塞曼效应，此即正常塞曼效应。 的情况，经典理论无法解释，称为反常塞曼效应。 历史原因，事实上反常塞曼效应是更普遍的。 本来反常塞曼效应是电子存在自旋以及自旋的g因子不同于轨道的g因子的有力佐证，然而反常塞曼效应在历史上没有起到这个作用不能不说是十分遗憾的。 能级和能级间跃迁的谱线的频率： 原子光谱由原来的单一谱线()分裂成若干条谱线 可能的跃迁遵循下述选择定则： (若，则 钠原子基态2S1/2和激发态2P1/2,3/2的能级在磁场中的分裂情况及能级间允许的跃迁 2、斯塔克效应(Stark effect) (均匀静电场 基态： （1）氢原子的一阶斯塔克效应 态：四重简并 简并微扰理论： , 若，则 ，0，0 ：， ：， ： 氢原子的激发态好象具有永久电偶极矩 （2）二阶斯塔克效应 处于非简并能态的原子体系无永久电偶极矩 在电场中，电子和带正电的原子核受力方向不同，造成正、负电荷中心不再重合，即原子极化，由此产生的诱导电偶极矩与场强成正比， 比例系数(叫做极化率。 电偶极矩反过来又会和电场发生相互作用，相互作用能与电偶极矩相对电场方向的取向有关，即 氢原子基态的二阶Stark效应： 电偶极矩： Dipole polarizability ： 3、顺磁共振(Paramagnetic resonance) ( Paramagnetic resonance, Physics of Atoms and Molecules, Bransden and Joachain, p. 554-561, p. 567-571 More two level systems, see Feynmman Lectures III Interaction of a 2-level atom with a coherent EM field, see Atoms and Quantum Physics, Haken Wolf, Ch. 15.3 and 15.4