Efecto marcado
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 14 de agosto de 2022; la verificación requiere 1 edición .El efecto Stark es el desplazamiento y división de los términos electrónicos de los átomos en un campo eléctrico externo .
El efecto Stark tiene lugar tanto en campos eléctricos constantes como variables (incluida la luz). En este último caso, se denomina efecto Stark variable ( en inglés AC-Stark effect ).
Los términos electrónicos se desplazan no solo en un campo externo, sino también en un campo creado por átomos y moléculas vecinas . El efecto Stark subyace en la teoría del campo cristalino , que es de gran importancia en química . El uso del efecto Stark variable hizo posible enfriar los átomos de varios metales a temperaturas ultrabajas usando radiación láser (ver enfriamiento de Sísifo ).
Johannes Stark descubrió la división de líneas ópticas en un campo eléctrico en 1913, por lo que recibió el Premio Nobel en 1919 . Independientemente de Stark, y según los investigadores, antes que él, el efecto fue descubierto por el físico italiano Antonio Lo Surdo [1] .
Efecto Stark lineal
El efecto Stark lineal, es decir, la división de términos espectrales , cuya magnitud es proporcional al primer grado de la fuerza del campo eléctrico , se observa solo en átomos similares al hidrógeno . Este hecho se explica por el hecho de que solo tales átomos exhiben degeneración de términos con diferentes valores del número cuántico orbital .
El operador de Hamilton de un átomo similar al hidrógeno en un campo eléctrico externo con fuerza tiene la forma
,
donde m e es la masa del electrón , e es la carga elemental , Z es el número de carga del núcleo (igual a 1 para un átomo de hidrógeno), es la constante de Planck reducida . La fórmula está escrita en el sistema Gaussiano .
El problema de encontrar los valores propios de este hamiltoniano no se puede resolver analíticamente. El problema es incorrecto en el sentido de que no existen estados estacionarios debido a la falta de un espectro discreto en el hamiltoniano (para el caso de un campo eléctrico uniforme) . [2] El efecto túnel cuántico tarde o temprano conducirá al átomo a la ionización . Los desplazamientos de términos electrónicos que son lineales con respecto al campo eléctrico se encuentran utilizando la teoría de perturbaciones . La teoría de la perturbación es válida si la intensidad del campo no supera los 10 4 V cm [ 3] . El único resultado exacto que se sigue de la simetría axial del problema es la conservación del número cuántico magnético m . Otros resultados se reducen a las siguientes afirmaciones:
- la energía del estado fundamental no cambia.
- El primer estado excitado con el número cuántico principal n = 2 en el caso de que no haya campo es degenerado cuatro veces. En un campo eléctrico, la degeneración se elimina parcialmente. Dos estados permanecen en su lugar, los otros dos tienen energía. , donde es el radio de Bohr .
- Los términos superiores del átomo de hidrógeno se dividen en 2 n − 1 componentes, donde n es el número cuántico principal. La eliminación parcial de la degeneración se debe al hecho de que se conserva la simetría axial en un campo eléctrico externo .
El desdoblamiento de términos electrónicos aparece en espectros ópticos . En este caso, las transiciones con , donde m es el número cuántico magnético , cuando se observan en la dirección perpendicular al campo, se polarizan longitudinalmente al campo ( π -componentes), y las líneas con - transversalmente al mismo ( σ -componentes ).
Efecto Stark cuadrático
La mayoría de los átomos no son como el hidrógeno y la división de sus líneas espectrales en un campo eléctrico es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo eléctrico. Este efecto Stark se llama cuadrático. La teoría de este efecto se construyó en 1927. Ella afirma que el nivel, que se caracteriza por el número cuántico principal n y el número cuántico orbital l , se divide en l + 1 subniveles según el número de valores posibles del módulo del número cuántico magnético m . El desplazamiento de cada uno de los subniveles es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo eléctrico, pero diferente en magnitud. El desplazamiento más grande tiene un nivel con m = 0 , el más pequeño con m = l .
Ampliación marcada
El efecto Stark variable es la causa del ensanchamiento de las líneas espectrales en campos electromagnéticos intensos .
Véase también
Notas
- ↑ F. Foresta Martín, G. Calcara. Per una storia della geofisica italiana: la nascita dell'Istituto Nazionale di Geofisica (1936) y la figura di Antonino Lo Surdo. — Milán: Springer-Verlag Italia, 2010.
- ↑ Hamiltoniano Stark discreto unidimensional y dispersión de resonancia por una impureza
- ↑ Efecto Stark // Gran Enciclopedia Soviética : [en 30 volúmenes] / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M. : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
Literatura
- Kuzmichev V. E. Leyes y fórmulas de la física. Directorio. - K. : Naukova Dumka, 1989. - 864 p.
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