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四、超精细结构用分辨率很高的光谱学方法研究原子光谱时，可以发现许多原子光谱线由多条线构成，呈现出非常精细的结构，大约比精细结构小3个数量级，称之为超精细结构。
最早解释超精细结构的是泡利，1926年，泡利提出了核自旋和核磁矩的假定。
许多核具有自旋，伴随之具有磁矩。
核磁矩与电子之间的相互作用造成能级分裂。
核磁矩很小，能级的分裂也很小。
许多核还有电四极矩，核电四极矩与电子在核处所产生的电场梯度相互作用引起能量的微小改变，叠加在磁矩引起的超精细结构上，使分裂偏离朗德间隔定则。
能级的超精细结构造成光谱线的超精细结构。
[7]在量子力学中，超精细结构与精细结构的形成机理具有相似性，都是通过磁矩耦合来实现的。
然而，形态场假说却否定了上述观点，因为在复式原子模型中，核外电子只存在自旋磁矩，不存在轨道磁矩；电子的自旋磁场方向是固定的，与原子核的磁场方向保持一致，二者共同构成了原子的磁场。
在核磁场与电子磁场之间，不发生磁矩多重耦合作用，因而不会引起原子能级的分裂。
那么，原子谱线的超精细结构是如何形成的呢？复式原子模型认为，超精细结构与原子磁轴的摆动有关，属于原子谱线的一种偏振位移行为。
电磁波具有偏振属性，每一条谱线都是偏振光在观测轴上投影。
与塞曼效应相对照，在没有磁场的环境中，发光原子的磁轴取向是自由的，相对观测轴的倾角各异，每条谱线的偏振位移值不尽相同，由此构成了谱线的超精细结构。
参照图示，设α为原子磁轴方向OP与观测轴OX的夹角，d0为原子磁轴垂直于观测轴OX时偏振光的位移值（极大值）。
光的偏振方向为电子轨道的切线方向，与光的传播方向相垂直，简单进行换算，得谱线偏振位移值为：d=d0 sinα；谱线的超精细结构与精细结构的区别在于，谱线的超精细结构是一种谱线偏振位移行为，与电磁波频率没有关系；而谱线精细结构则是原子能级的精细结构所致，电磁波频率发生了变化。
还有一种情形，有一种核子数为奇数的原子核产生的谱线分裂现象，由于谱线裂距比正常的精细结构裂距小几个数量级，因此被称为超精细结构。
原子物理学第章：原子的精细结构原子是构成物质的基本单位，它由带正电荷的核心和围绕核心运动的带负电荷的电子组成。
在经典物理学中，原子被认为是静止的，但是量子力学的发展揭示了原子的精细结构，例如电子云和量子态等。
本文将讨论原子的精细结构，以及描述这些结构的理论。
原子的基本结构原子核是由带正电荷的质子和中性的中子组成的。
这些粒子组成的核心决定了原子的一些基本特性，包括原子质量和化学性质。
核外的电子以轨道形式围绕着核心运动，这些轨道在经典物理学中被描述为电子在核心周围的椭圆轨道。
但是，在量子力学中，这些轨道被描述为存在于不同能级的电子云。
原子的精细结构在原子的基本结构之上，原子的精细结构描述了电子在其轨道中产生的细微变化，而非在不同能级之间转移。
原子的精细结构可以通过使用量子力学的原理进行处理。
这些原理中最重要的是狄拉克方程。
狄拉克方程提供了描述原子核和电子之间相互作用的框架。
该方程考虑了相对论效应，在公式中使用了四个分量而不是三个分量来表示电子的波函数。
这个方程也解释了为什么电子在原子中可以处于更高的能态而不精确遵守电子云模型。
量子力学也提供了描述原子精细结构的其他理论，例如斯坦纳－帕仑季定理和塞曼效应。
斯坦纳－帕仑季定理揭示了原子能级之间的相互作用，而塞曼效应则描述了原子光谱线的结构。
精细结构的应用原子的精细结构不仅仅是一种理论，它也具有实际应用。
例如，光电子能谱被用于测量单个电子在原子中的能量分布，这可以用于识别物质的组成。
原子钟是另一个应用，精确测量铯原子的精细结构，提供了高精度的时间标准。
原子的精细结构是量子力学中的一个重要概念。
它描述了在原子核和电子之间相互作用的微小变化，对于实际应用而言具有重要意义。
虽然还有许多未解决的问题，但是研究原子的精细结构继续引领着物理学、化学和其他领域的发展。
《原子物理学》课程学习资料（2011年5月许迈昌编写）一、教学目的：本课程是应用物理学的一门专业基础课，属普通物理课程，其任务使学生掌握原子的组成成份，理解组成原子的电子、原子核之间的相互作用及电子的运动规律，理解原子的量子理论，理解电子的量子角动量和量子磁矩，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子能级结构，理解原子辐射规律和原子光谱．理解原子核的组成以及核衰变、核反应等现象．了解原子物理的实验方法及具体应用，提高学生科学研究的素质． 二、课程内容要求第一章 原子的位形：卢瑟福模型理解电子和原子核的电量、质量和大小量级，使学生掌握原子线度及组成成份，掌握原子的卢瑟福有核模型，理解α粒子散射的实验和理论．瞄准距离21201cot ,224Z Z e a b a Eθπε==第二章 原子的量子态：玻尔模型理解黑体辐射、光电效应规律，使学生理解微观领域物理量的量子化规律，逐步理解微观领域的研究方法，理解原子核对核外电子的基本作用——库仑场，理解玻尔原子量子能级（假说）与原子光谱（实验测量）的关系．光量子的能量与动量,/E h p h c νν==，类氢离子光谱波数242222230211111(),,()(4)21e A A e e Ae m E R R Z R R m c m n n ch hc hc m παλπε∞=-===='+。
第三章 量子力学导论：理解波粒二象性,/,E h h p p mv νλ===、不确定关系/2,/2x x p E t ∆∆≥∆∆≥ 、波函数、概率密度2P ψ=、态叠加原理，薛定谔方程等概念与规律．使学生了解研究微观领域的基础——量子力学的基本概念和基本理论，掌握原子的角动量量子规则． 第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子磁矩、电子自旋的概念，使学生掌握微观领域独有的自旋运动，理解自旋与轨道相互作用，理解关于原子角动量的矢量模式，理解原子角动量的耦合方式，理解原子磁矩与原子角动量的关系，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子光谱精细结构产生的原因，理解塞曼效应与原子角动量的关系．222ˆˆ31()ˆ22J SL g J-=+，,j z j j B m g μμ=-，0,1,2,,j m j=±±± ，类氢原子L-S 耦合43()2(1)Z U E n l l α∆=+，2211()4e eB m g m g m ννπ'=+-，帕刑-巴拉克效应(2)2s L ee BU m m m =+ ， 第五章 多电子原子：泡利原理理解氦光谱和能级、角动量耦合、泡利原理、周期表、多电子组态和原子能态、洪特定则的内容．掌握两个角动量耦合的一般法则，理解两个价电子原子的光谱和能级，理解泡利原理，了解元素周期表、原子壳层理论，了解多电子组态和原子能态的关系，了解用ML 投影方法给出原子基态．第六章X射线：理解X射线产生的机制，了解X射线的吸收，了解吸收限、掌握康普顿散射．第七章原子核物理学概论：认识核的基本特性，掌握结合能、核自旋、核磁矩等概念，了解核力、核结构模型，了解核衰变的统计规律、α衰变、β衰变、了解γ衰变．参考书目1 韦斯科夫．二十世纪物理学．科学出版社，19792 费米夫人．原子在我家中．科学出版社，19793 王福山．近代物理学史研究（一）（1983），（二）（1986）．复旦大学出版社．二、部分习题(一)论述题1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。
