原子光谱超精细结构

（3）原子光谱的超精细结构
• 原子核的角动量（核自旋）可以从原子光
谱的超精细结构，或从分子光谱测得。例如
，当用分辨本领更高的光谱仪观察钠的光谱
时，会发现钠主线系第一条谱线D双线的D1
线 由相距为0.023埃的两条线组成,D2线由相
距为0.021埃的两条线组成.这就是原子光谱
3P 的超精细结构。
3P3/2 3P1/2
μn
e gn ( 2mN
)pn
μP
e gP ( 2mN
)p p
mN为核子质量，gp和gn是朗德因子。
பைடு நூலகம்
中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但是，与自旋 角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体不带电，但它内部存 在电荷分布。
不论是质子的磁矩，还是中子的磁矩都清楚表明，它们不是点粒子；相反， 它们肯定是有内部结构的粒子.
如果JI, F有2I+1个值;如果IJ,F有2J+1个值。不同F的状态具有不同能 量，于是原来不考虑核自旋（F=J为定值）的能级又分裂成（2I+1）或（2J+1 ）个子能级。
2. 原子核的磁矩
（1）核子的磁矩
原子核内的质子带电，它的“轨道”运动产生“轨道磁矩”，另外质子和中子本身 还有与自旋相关的磁矩，理论和实验都证明原子核和核子都具有磁矩，中子和质子 的磁矩为：
原子光谱超精细结构
原子核的角动量和磁矩 1. 原子核的角动量
（1）原子核的角动量 原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都有自旋，而且核子在核内 还有轨道运动。
每个核子的自旋都为1/2，自旋角动量与电子一样。
核子的自旋和轨道角动量的矢量和就是原子核的角动量,习惯上也称它为原子核 的自旋，并用PI表示， PI是量子化的。
5893A D
3S1/2
3S
F2=I+1/2 FI=I-1/2
产生超精细结构的原因是因为原子核有角动量(核自旋)。原子的角动量，在考虑 了核自旋后，应当等于电子的角动量与核自旋的矢量和，即
PF = PJ + PI
PF的数值也是量子化的,其值为：
PF F (F 1)
F=I+J,I+J-1,…I-J
PI I (I 1)
I 称为核自旋量子数
（2）PI在某特殊方向投影的数值为；
PIZ MI , MI I,I 1, I 1,I
MI称为核磁量子数
根据角动量的相加规则，容易证明，A为奇数的原子核，它的I一定是半 整数，A为偶数的原子核，它的I一定是整数。所以，A为奇数的原子核 是费米子，A为偶数的原子核为玻色子。
1 ( alive g dead e )
2
EEPR佯谬（instein、Podolsky、Rosen ）
1 ( )
2
（2）原子核的磁矩： 质子的轨道磁矩和质子、 中子的自旋磁矩的总和。
I
gI
e 2mN
PI
gI
gI I (I 1)N
I (I 1) e 2mN
gI 因子 的数值不能通过公式计算,只能由实验测得。
μI在给定正方向的投影值为：
IZ gI M I N
MI=I,I-1,,-I+1,-I
薛定谔猫（1935）