Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
в сильном магнитном поле, каждый электрон должен классифицироваться теми
четырьмя квантовыми числами, которые применялись для классификации термов
щелочного атома, возникающих при возбуждении валентного электрона, а
именно: главным квантовым числом п, азимутальным квантовым числом / и
двумя магнитными квантовыми числами т{ и т2. Магнитное квантовое число тх
представляет собой составляющую момента количества движения в направлении
магнитного поля, будучи суммой компоненты mL орбитального момента / и
компоненты ms=±x/2 момента 5=54, о котором упоминалось и который в случае
щелочных металлов приписывался раньше атомному остову. С другой стороны,
m2=mt -f 2 т. есть энергия магнитного взаимодействия с внешним полем,
выраженная в соответствующих единицах. Кроме того, выдвигалась гипотеза,
что в состоянии, характеризуемом заданным набором четырех квантовых
чисел, может находиться один и только один электрон.
На основе этих предположений сразу удавалось объяснить большое количество
фактов. Непосредственным следствием этих предположений были максимальные
числа заполнения оболочек, введенные Бором в его теории периодической
системы. Рассматривая величины и 2т2 для всех электронов атома
соответственно как компоненту полного момента в направлении поля и полную
энергию магнитного взаимодействия с внешним нолем, можно было
предсказывать, какие мультиплеты могут появиться, если известно число
электронов с заданными п и /. Отсюда немедленно следовало, что замкнутая
оболочка имеет
30
Р. Крониг
L=S=--0 и что замкнутая оболочка, из которой удалено к электронов, дает
такое же количество мультиплетов, как и оболочка^ содержащая к
электронов. В частности, становилась понятной и наблюдаемая дублетная
структура рентгеновских уровней, поскольку для них можно пренебречь
присутствием слабо связанных электронов сверх замкнутой оболочки, ибо
связь между внешними и внутренними электронами вообще слишком слаба и не
замечается на опыте.
Новая точка зрения оказалась чрезвычайно плодотворной для интерпретации
оптических спектров. В случае элементов первого и третьего столбцов
периодической таблицы, где в нормальном состоянии все электроны, кроме
одного, входят в замкнутые оболочки, квантовые числа / и s для электрона
совпадают с квантовыми числами L и S для конфигурации атома как целого.
Для элементов второго столбца периодической таблицы, вообще говоря, / для
одного из внешних электронов обращается в нуль, так что I для другого
электрона совпадает с L; однако для S возможны значения 0 и 1, приводящие
к синглетным и три-плетным термам. Таким образом, хорошо известные
результаты укладывались в общую схему. Более ^интересным был случай
аргона, сложный спектр которого анализировался ранее Паше-ном. Исключая
основное состояние, в этом случае имелась замкнутая оболочка с одним
удаленным электроном плюс один электрон вне оболочки. В смысле характера
термов такая система формально эквивалентна системе с двумя электронами
вне замкнутых оболочек и обладает синглетными и триплетными уровнями.
Однако самый богатый урожай был собран при предсказании мультиплетов,
возможных для элементов в других столбцах периодической таблицы и для
переходных элементов. Целью приезда Паули в Тюбинген было, в частности,
подтверждение таких предсказаний на конкретных примерах. Спектры
элементов четвертого столбца периодической системы, особенно свинца,
изучались Баком, и низколежащие уровни для соображений Паули стали
пробным камнем.
Наблюдать творческий разум в период его созидательной деятельности
необычайно интересно, это остается в памяти навсегда. Письмо Паули
произвело на меня огромное впечатление и, естественно, мне захотелось
осмыслить тот факт, что каждый отдельный электрон в атоме должен
описываться квантовыми числами, известными из спектров атомов щелочных
металлов, в частности открытыми там двумя моментами количе-ства движения
I и s= Уг. Очевидно, теперь уже нельзя было при-
Переломные годы
31
писывать s остову, и мне сразу пришла мысль, что s можно рассматривать
как собственный момент количества движения электрона. На языке моделей,
который до создания квантовой механики был единственной основой для
обсуждения, этот собственный момент электрона можно наглядно изобразить
только как вращение электрона вокруг своей оси. Правда, такое
представление сопряжено с рядом серьезных трудностей. Однако эта идея
была заманчивой, и к вечеру того же дня под влиянием прочитанного письма
я получил формулу для так называемых релятивистских дублетов.
Величина расщепления уровней тонкой структуры в оптических спектрах
щелочных металлов представляла в то время (1924 г.) большую загадку, к
которой привлек внимание Ланде [58]. Согласно представлению о магнитном
взаимодействии между орбитой валентного электрона и магнитным моментом,
соответствующим моменту количества движения электронов остова, промежутки
в тонкой структуре должны быть пропорциональными третьей степени
