中科大原子物理第6章 外磁场中的原子(甲型)-2011

第6章外磁场中的原子多电子原子的磁矩与Landè因子多电子原子的塞曼效应lsjlμsμμ单电子原子的Landè因子222212jlsjjpppgp222212jlsjjμ1/2,1/2,,1/2sjljl或者e2llemμpessemμp1lg2sge2llegmpe2ssegmpe2jjjegmμp多电子原子的有效总磁矩•LS耦合的Landè因子LSJP+P=P形式上与单电子一样222212LSJLSgJ2(1)JJJ2(1)LLL2(1)SSS根据耦合之后所形成的原子态，可以得到g因子的数值0S如果JL222112LSJJgJ0L如果JS222122LSJJgJ单重态S态原子总轨道角动量原子总自旋角动量原子总角动量LS耦合Jj耦合的Landè因子JPJj2jjegmμj2PPJJPegmμJ第p+1个电子前p个电子耦合之后2JJjegmμJ122()()2PJjPPjJjggegmJJμμJJJjJ22222222PPJJjJjJPjJJPPpPpPggPP22222222PPPjJJjJjJggJJPJjJ2[()]PJjJJμμJ多电子原子的Zeeman效应•磁场中，光谱线发生分裂，既有正常塞曼分裂，也有反常塞曼分裂BNSZn单线Zn第二辅线系的三重线反常花样Zn：4s24s5s→4s4p1S0→1P13S1→3P210g2=2g1=1g2=1g1=3/2,3/2,1正常花样正常花样正常花样光谱线的移动与跃迁的选择定则•光谱移动2211()BBMgMghc2211()MgMgLBBhcLLorentz单位•跃迁选择定则210,1(0MMMJ时，00除外)Cd的红色谱线的塞曼分裂•48Cd：[Kr]4d105s21E2EM120011121121DP6438A1200111212012M11Mg22Mg2211MgMg1110001110,SJL121ggGrotrain图48Cd红色谱线正常Zeeman效应•5s5d→5s5p，单重态，1D2→1P1•g2=g1=1，磁场中上下能级等间隔分裂正常Zeeman效应与反常Zeeman效应•1896年，Zeeman最初发现的现象是：光谱线的分裂为奇数条，而且是等间隔（波数差相等）的•1897年，Preston发现了不等间隔分裂的光谱线•将等间隔分裂的情况称为“正常Zeeman效应”；不等间隔分裂的情况称为“反常Zeeman效应”•其实，正常效应是因为S=0，单重态，因而g1=g2=1，上下能级分裂的间隔相等•如果是多重态，S≠0，g1≠g2，上下能级分裂的间隔不相等。•在提出自旋假说后，上述问题自然解决。Zn原子的Zeeman效应BNSZn单线Zn第二辅线系的三重线反常花样Zn：1s22s22p63s23p63d104s24s5s→4s4p1S0→1P13S1→3P210g2=2g1=1g2=1g1=3/2,3/2,14s5s组态：原子态1S0，3S14s4p组态：原子态1P1，3P2104s5s→4s4pJμPJ=0的特例•满次壳层，L=0，S=0，J=0•同时磁矩μ=0•对于非满次壳层，当L=S时，J=L+S，……，0•PL=-PS，PJ=0，轨道角动量与自旋角动量方向恰好相反•但由于gLS＝1+1/2•所以总磁矩μJ≠0LSLμSμLSLSμμ磁矩垂直于外磁场PJ=0时磁矩的取向•PJ=0时，角动量不可能绕外磁场进动•在这种情形下，由于PL、PS的空间取向没有任何特殊性，所以只有都垂直于磁场•因而μL、μS也垂直于外磁场，总磁矩也垂直于磁场•则ΔE=μJ·B=0，即相应的能级在外磁场中既不移动，更不会产生分裂。Zn的锐线系1S0→1P1的塞曼分裂•单重态，g2(1S0)=?，g1(1P1)=11S01P1MJ=0MJ=0MJ=-1MJ=1010-110-122gM11MgJM2211MgMg-10133/20-3/2-322gM11Mg20-2210-1-22211MgMgM-2,3S13P2Zn的锐线系3S1→3P2的塞曼分裂g=3/2g=2-3/2,-1;-1/2,0,1/2;1,3/2,2+10-1+10-1-2+23/20-3/2Zn的锐线系3S1→3P1的塞曼分裂22gM11Mg20-210-12211MgMgM-3/2,-2;1/2,-1/2;2,3/23S13P1g=3/2g=2反常塞曼效应ΔJ=0时，0→0除外Zn的锐线系3S1→3P0的塞曼分裂022gM11Mg20-210-12211MgMgM-2;0;23S13P0g=?g=2