Streszczenie W8:

1
Streszczenie W8

• Widma molekularne
• str. rotacyjna, oscylacyjna, rotacyjno-oscylacyjna
  , wykresy Fortrata
• str. elektronowa zasady Borna-Oppenheimera i
  Francka-Condona
• ? wyznaczanie parametrów czasteczek

• Oddzialywanie atomów z polami EM
• Przyblizenie dipolowe (gdy altlt?) W -(q/m)A p
  -D E
• Reguly wyboru (rózne dla róznych typów przejsc
  (polarnosci),
• dla elektrycznych dipolowych, tzw. E1

2
Oddz. atomów z promieniowaniem EM
Pole EM - potencjaly A(r, t) i V(r)
Zal. - fala plaska propagujaca wzdluz 0y i
spolaryzowana wzdluz 0z
Wyjatki atomy rydbergowskie (duze n), X, ?
3
Przyblizenie dipolowe
Pole moze indukowac przejscia mdzy poz. i-f jesli
?fWi? ?0
4
Reguly wyboru

• dla ?f z i? ?0, konieczna zmiana parzystosci ?
  ?l lf - li ?1 (regula Laportea)

• ponadto, ?f z i? ?0 ? ?m mf - mi 0,
• ?f x, y i? ?0 ? ?m mf - mi ?1
• inne reguly zalezne od typu wiazania, np. dla
  L-S - zakaz interkombinacji ?S0 - ?J0,
  ?1
• gl. l. kwant. n bez ograniczen (ale gdy ?n
  duze slabe nakladanie sie radialnych f.
  falowych)

5
Dla innych typów przejsc,
DE(E1) QE(E2) DM(M1) (M2), (E3)
Reguly wyboru dla innych polowosci
inne el. macierz. inne reguly
WDM -(q/2m)(Lx2Sx)Bx cos ? t WQE
-(q/2m)(ypzzpy)Ex cos ? t
na ogól, gdy WDE 0, wówczas inne polowosci
przejsc mozliwe linie wzbronione,
(znacznie slabsze, bo dla ? ? 500 nm, y ? a0 ?
0,05 nm czynnik k y ? 10-8 )
?
znaczenie dla wzorców czasu/czestotliwosci
6
Stany niestacjonarne
gdy pole EM indukuje przejscia, tzn. ?fWi? ?0,
stan ukladu staje sie niestacjonarna superpozycja
i? i f?.
i? U100(x), f? U210(x)
Np. 1s 2p w wodorze (linia Ly?, 121,5 nm)
_at_ ? t1 C1C2
?(x, t1)c(U100 U210)
T 2p h /(E2p-E1s), C1 C2
_at_ ? t2t1T/2,
?(x, t2)c(U100 U210)
7
Polaryzacja swiatla w efekcie Zeemana
?D?(t) ??(t)D?(t)?
8
Obserwacja
oscylujacy dipol ? fale EM o czest. ?0 , ?0?? i
polaryzacji wynikajacej z polaryzacji dipola i z
poprzecznosci fal
Przyklad ef. Zeemana linii 553,5 nm Ba (1S0-1P1)
?m ?1, ?m0, ?m ?1
9
Normalny ef. Zeemana - widmo kadmu (112Cd ma S0)
10
Absorpcja i emisja swiatla

• przejscia wymuszone przez zewn. pole EM,

zaleznie od tego, który stan pocz.
? ? 0,
?t, Pi-f P(?) ma max.
emisja
(wymuszona)
absorpcja
Em. spont. QED ? ? ?
11
rezonans optyczny
? inne stany mniej wazne (przyblizenie
dwupoziomowe, rezonansowe)

• zwiazek z relacja nieokreslonosci ?? ? 4?/t

• Gdy ? ?0 (stacjonarne zaburz.), mimo to A ?
  A - mieszanie stanów przez stale pole

• Gdy pole niemononchromatyczne trzeba
  wycalkowac P(?) po rozkladzie ? ? prawdopod.
  przejscia na jednostke czasu - wspólczynniki
  Einsteina

• Gdy poziomy nietrwale trzeba usrednic po
  czasie uwzgledniajac fenomenologiczny opis
  emisji spontanicznej

?
linie widmowe to lorentzowskie krzywe rezonansowe
o skonczonej szerokosci
? zagadnienie szerokosci linii widmowych
12
Metody doswiadczalne
fizyki atomowej
Obiekt badan - atomy/czasteczki
Gaz, ew. ukierunkowane wiazki at/mol.
(w fazie cieklej/stalej silne oddz.
miedzyczastkowe zmieniaja strukture poziomów i
wlasnosci)

• Elementarne warunki prowadzenia doswiadczen
• dostepnosc swobodnych atomów/molekul
• mozliwosc ich obserwacji
• bezposr. wizualizacja
• obserwacja emisji sw.
• obserwacja absorpcji sw.
• - bezposr. ? ubytek fotonów
• - posrednio ? wzbudzenie okresl. stanu at. ?
  wtórny proces (emisja
• fotonu, ladunku jonizacja, reakcja
  chemiczna)
• kontrola stanu atomów za pomoca zewn. czynników
• modyfik. struktury (ef. Zeemana/Starka, opt.
  nieliniowa, atom ubrany)
• manipulacja ruchem atomów w fazie gazowej
• obserwacja emisji sw.

? tylko wizualizacja ? tylko natezenie ? analiza
spektralna
Interdyscyplinarnosc
np. atomowa fizyka c. stalego
13
Cele

1. struktura poziomów energetycznych (dla testów
   modeli teor., dla okreslenia wlasnosci materii,
   dla wzorców czasu i czestosci (zegary atomowe)
   metody analityczne

1. prawdopodobienstwa przejsc (czasy zycia)
   (dla okreslenia elem. macierzowych, dla
   badan linii widmowych, dla badan oddz. atomów z
   zewn. czynnikami, ....)

• oddz. atomów z zewn. czynnikami
• a) z polami (dokladniejsze pomiary ?
  badanie mechanizmu oddzialywania
  badania i wytwarzanie pól EM o nowych
  wlasnosciach (optyka kwant.) teoria
  pomiarów informatyka kwantowa)
• b) z innymi atomami (zderzenia)

1. nowe atomy (atomy egzotyczne, rzadkie lub
   nietrwale
   izotopy, atomy w stanie degeneracji kwantowej)

14
Metody
1. Spektroskopia (UV-VIS-IR, rf), laserowa,
jonizacyjna
typowe energie 1-10 eV IR-UV (VUV)
2. Pomiary czasowych zmian emisji po impuls.
wzbudzeniu, szerokosci linii
3-4. Metody niestandardowe
ultraprecyzyjna spektroskopia,
chlodzenie i pulapkowanie,
pomiary pojedynczych atomów.
15
Problemy
a) techniczne

• dostepnosc zródel swiatla (odpow. ?, natez.,
  selektywnosc monochr.)
• mozliwosc trzymania atomów (pulapkowania)
• czula detekcja, dokladne pomiary
• zdolnosc rozdzielcza
• ....

b) fizyczne
16
Wielkie eksperymenty
fizyki atomowej -prehistoria
17
Wielkie eksperymenty
- historia
Raman Nobel 1930
Barkla Nobel 1917
Wien Nobel 1911
Roentgen Nobel 1901
18
Wielkie eksperymenty -
era nowozytna
R. Glauber, J. Hall, T. W. Hänsch
Nobel 2005
Q.Opt. grzebien
E. Cornell, W. Ketterle, C. Wieman Nobel 2001
BEC
S. Chu, C. Cohen-Tannoudji, W. Phillips Nobel
1997
N.Basow, A.Prochorow, Ch. Townes, Nobel 1964
chlodzenie laser. pulapki atom.
N. Ramsey, H. Dehmelt W. Paul Nobel 1989
Laser
spektr. Ramseya pulapki jonowe
N. Bloembergen A. Schawlow Nobel 1981
spektroskopia laserowa
A. Kastler Nobel 1966
W.E. Lamb Nobel 1955
pompowanie optyczne
przesuniecie Lamba