Водородоподобный атом
-
Основы квантовой механики
- Квантовая механика описывает поведение частиц на микроскопическом уровне.
- Она основана на принципе неопределенности Гейзенберга и квантовых числах.
- Квантовые числа включают в себя главное квантовое число n, орбитальное квантовое число l и магнитное квантовое число m.
-
Квантование углового момента
- Угловой момент частицы квантуется, что означает, что его значения могут быть только целыми числами, кратными постоянной Планка.
- Проекция углового момента на произвольное направление квантуется с квантовым числом m.
- Квантование углового момента не учитывает спин частицы, что приводит к нечеткости значений x и y.
-
Учет спина
- Спин частицы может взаимодействовать с электрическим полем ядра, что приводит к прецессии электронов и нарушению сохранения спина и орбитального момента импульса.
- Для учета спина необходимо использовать квантовые числа j и mj, а также квантовое число четности.
-
Решение уравнения Дирака
- Поль Дирак вывел уравнение, совместимое с теорией относительности, которое решает проблему квантования углового момента.
- Уравнение Дирака включает в себя четыре сложные функции, соответствующие состояниям вращения «вверх» и «вниз».
- Состояние вращения может зависеть от местоположения и иметь разные амплитуды для разных направлений.
- Тонкая структура возникает из-за расщепления энергий состояний с одинаковым n из-за различий в j.
-
Сравнение с решением Шредингера
- Решение Шредингера приводит к состояниям с несколько более высокими энергиями, чем точное уравнение Дирака.
- Уравнение Дирака дает более точное описание некоторых уровней водорода, в то время как другие уровни менее точно описываются.
- Изменение энергии, вызванное использованием уравнения Дирака, имеет порядок α2.
- Пересказана только часть статьи. Для продолжения перейдите к чтению оригинала.