E-Book Overview
Возмущение атомных уровней под действием внешнего переменного поля носит качественно иной характер, чем хорошо известный эффект Штарка в постоянном поле. Теория предсказывает новые эффекты, некоторые из них обнаружены экспериментально при использовании излучения мощных лазеров
E-Book Content
PERTURBATION OF ATOMIC SPECTRUM IN VARIABLE ELECTROMAGNETIC FIELD N. B. DELONE The perturbation of atomic levels under the action of an external variable field has a qualitatively characteristic which is different from that of the wellknown Stark effect in the constant field. The theory predicts a series of new effects; some of them were discovered experimentally when using the radiation of powerful lasers. © ÑÂÎÓÌ ç.Å., 1998 ÇÓÁÏÛ˘ÂÌË ‡ÚÓÏÌ˚ı Û Ó‚ÌÂÈ ÔÓ‰ ‰ÂÈÒÚ‚ËÂÏ ‚̯ÌÂ„Ó Ô ÂÏÂÌÌÓ„Ó ÔÓÎfl ÌÓÒËÚ Í‡˜ÂÒÚ‚ÂÌÌÓ ËÌÓÈ ı‡ ‡ÍÚ , ˜ÂÏ ıÓ Ó¯Ó ËÁ‚ÂÒÚÌ˚È ˝ÙÙÂÍÚ òÚ‡ ͇ ‚ ÔÓÒÚÓflÌÌÓÏ ÔÓÎÂ. íÂÓ Ëfl Ô Â‰Ò͇Á˚‚‡ÂÚ ÌÓ‚˚ ˝ÙÙÂÍÚ˚, ÌÂÍÓÚÓ ˚ ËÁ ÌËı ӷ̇ ÛÊÂÌ˚ ˝ÍÒÔ ËÏÂÌڇθÌÓ Ô Ë ËÒÔÓθÁÓ‚‡ÌËË ËÁÎÛ˜ÂÌËfl ÏÓ˘Ì˚ı ·Á ӂ. 90 ВОЗМУЩЕНИЕ АТОМНОГО СПЕКТРА В ПЕРЕМЕННОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ç. Å. ÑÖãéçÖ åÓÒÍÓ‚ÒÍËÈ ÙËÁËÍÓ-ÚÂıÌ˘ÂÒÍËÈ ËÌÒÚËÚÛÚ, ÑÓ΄ÓÔ Û‰Ì˚È åÓÒÍÓ‚ÒÍÓÈ Ó·Î. ÇÇÖÑÖçàÖ Исследования атомных спектров составили тот фундамент, на котором в дальнейшем была построена современная физика атома. Впервые темные линии в спектре солнечного света были обнаружены В. Волластоном в 1802 году. Вскоре были открыты и яркие линии в спектрах различных пламен. В 1859 году Г. Кирхгоф и Р. Бунзен опубликовали результаты первых систематических исследований спектров солнечного света и пламен, позволившие им сделать некоторые фундаментальные выводы. Они открыли, что каждый спектр содержит набор линий, характерных для определенного элемента, а также обратимость линий поглощения и излучения. Дальнейшие исследования свойств спектров, доказательство существования электрона (Дж.Дж. Томсон, Э. Вихерт, 1897) и атомного ядра (Э. Резерфорд, 1911) – все это составило ту экспериментальную базу, которая позволила Н. Бору в 1913 году построить планетарную модель атома. В рамках этой модели атомные спектры были связаны с энергиями стационарных возбужденных связанных состояний электрона в атоме. Это был выдающийся прорыв в физику атома, обосновавший широкий круг приложений. Качественно аналогичные закономерности наблюдались у большого числа других квантовых объектов: в молекулах, атомарных и молекулярных ионах, кристаллах и т.д. На практике спектры поглощения и излучения стали той визитной карточкой или тем отпечатком пальца, которые позволили однозначно определять тип среды, испускающей или поглощающей свет. Это послужило основанием для широкого применения спектроскопии при решении разнообразных задач в различных областях науки и техники. Практически одновременно было обнаружено, что спектры не являются абсолютно неизменной характеристикой атома (или другой квантовой системы). В 1896 году П. Зееман открыл, что под действием внешнего магнитного поля спектральные линии расщепляются (эффект Зеемана). В 1913 году И. Штарк обнаружил расщепление спектральных линий под действием внешнего постоянного электрического поля (эффект Штарка). Последующие исследования этих эффектов показали, что в ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹5, 1998 лабораторных условиях изменения атомных спектров в обоих случаях малы и составляют малые поправки к исходным спектрам при отсутствии внешних полей. Возможности эксперимента резко изменились в середине этого века в связи с созданием мощных лазеров. Используя лазерное излучение сейчас можно создавать переменные электромагнитные поля напряженностью до % > 1012 В ⋅ см−1 > 102 %а , где %а – атомная напряженность поля. (Напомним, что атомная напряженность поля %а = 5 ⋅ 109 В ⋅ см−1 – это напряженность поля на орбите электрона в атоме водорода, находящемся в основном состоянии.) Для сравнения приведем величи