Experimentalphysik III (Atomphysik)

6.7. Feinstruktur der Alkali–Spektren 127
Abb. 6.24: Niveauskizze
zur Beobachtung der Lamb–
Shift beim H–Atom; nicht
maßstäblich.
Die ” Verdünnung“ des Coulombfeldes bei sehr kleinen Distanzen
sollte daher eine etwas schwächere Bindung für s–Zustände bewirken,
als für energetisch gleiche p–Zustände. Durch diesen Effekt
wird also die j–Entartung aufgehoben und das s–Niveau ein
wenig nach oben gesetzt. Diese Erscheinung nennt man Lamb–
Shift: Aufhebung der j–Entartung!
Die Aufspaltung (2s 1/2 − 2p 1/2 )beträgt 4.4 · 10 −6 eV �=10 9 Hz =
1GHz und entspricht damit etwa 10% der FS–Aufspaltung. Messung
des Lamb–Shifts durch erzwungene Übergänge von 2s 1/2 →
2p 3/2 =10GHz�= λ = 3 cm durch Lamb und Retherford 1947.
Die zur Kennzeichnung der Energieterme des Wasserstoff–Atoms
nötige Symbolik können wir jetzt erweitern.
Haben wir bisher die Terme mit 1s, 2s, 2p, 3s,... bezeichnet, so schreiben wir jetzt die Gesamtdrehimpulsquantenzahl
j als Index. Schließlich kennzeichnet man die Multiziplität 2s +1(s ist
die Spinquantenzahl) durch eine Zahl links oben am Bahndrehimpuls–Buchstaben. Bei einem
Einelektronensystem sind die Terme Dublett–Terme, weil der Spin des einen Elektrons zwei
Einstellungsmöglichkeiten zum Bahndrehimpuls hat.
Die s–Terme spalten nicht auf. Trotzdem schreibt man bei einem Einelektronensystem auch für
s–Terme die Multiziplität 2.
Man erhält damit fogende Symbole
2 2 s 1/2
für einen Zustand, bei dem das Leuchtelektron die Quantenzahlen n =2,
l =0,j =1/2 hat.
� für einen Zustand, bei dem das Leuchtelektron die Quantenzahlen n =2,
2 2p1/2 2 2p3/2 l =1,j =1/2 bzw.3/2 hat,
oder allgemein die Symbolik n 2s+1lj für ein Einelektronensystem.
6.7 Feinstruktur der Alkali–Spektren
Wir haben bisher nur das Wasserstoff–Atom betrachtet. Beim Übergang vom Einelektronensystem
zum Mehrelektronensystem müssen wir unsere Termsymbolik dahingehend ändern, daß wir
an den Stellen für s, l, j die großen Buchstaben S = �
i s �
i (Gesamtspinquantenzahl), L = i li (Bahndrehimpulsquantenzahl), J = S + L (Gesamtdrehimpulsquantenzahl) schreiben, wobei si ,
li die Quantenzahlen der einzelnen Elektronen sind. Wir erhalten die allgemeine Nomenklatur
der Terme:
Term n 2S+1 L π J
n : Hauptquantenzahl des am höchsten
angeregten Elektrons
L : Termcharakter: S, P , D, ...Term
2S + 1: Multiplizität
J : Gesamtdrehimpuls
.