Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
выражаются в эр-
1 В тех случаях, когда можно не учитывать квадрупольный член, сверхтонкое
расщепление в отсутствие магнитного поля обозначается ДЕ и равно 2а.
157
гах. Если мы выразим частоту в мегагерцах, то приведенная выше величина
запишется так:
В дальнейшем мы будем использовать в качестве меры поля величину Я'.
В данной серии опытов переменное магнитное поле было направлено
перпендикулярно постоянному магнитному полю. Поэтому разрешенные переходы
1 при слабом магнитном поле определялись условиями2 AF =
- ±1,0, AmF= ±1. В очень сильных магнитных полях ядерные и атомные
моменты перестают быть связанными и переходы определяются условиями A т/
=
- ±1, A mi - 0 или А т.] - 0, A nii = ±1. Является ли конкретное поле
"слабым" или "сильным" для данного атомного состояния, зависит от
значения параметров х или у, соответствующих этому полю, а те в свою
очередь- от значения АЕ или а.
Вопрос о том, какое значение магнитного поля следует использовать и какие
линии наблюдать, решался на основе следующих соображений. Поскольку целью
описываемых экспериментов было измерение атомных магнитных моментов,
следовало выбирать линии, наиболее чувствительные к полю. При сильных
полях чувствительность переходов Ат/ - ±1 к полю столь мйла, что эти
линии бесполезны с точки зрения нашего эксперимента. Переходы с Ат/ = ±1
обнаруживают подходящую чувствительность к полю, однако в большинстве
случаев эти линии возникают при частотах, при которых трудно проводить
эксперимент. В условиях очень слабого поля переходы AF = 0 наиболее
отвечают целям данного эксперимента, так как частоты этих линий почти
пропорциональны напряженности поля и достаточно чувствительны к нему.
Очень слабые поля (Я < С 100 Гс) мы не могли использовать в нашем
экспери,-менте из-за наличия остаточной неоднородности поля.
1 См. примечание на стр. 130, гл. 7.
2 Символ F - обычное обозначение для полного момента атома F = I + /; те
обозначает компоненту вектора F вдоль оси z.,
\ipH jq-6 еН
ha Акта
ИЛИ
Н' - 1,3998//,
158
Магнитное поле напряженностью 400 Гс, применяемое в большинстве наших
опытов, соответствует условиям очень слабого поля для
2Ру2(1151п)2Ру,(69Ga); для 2Si/2 (23Na) возникает существенное отклонение
от условий "-слабого поля", а для Ga в 2Р,/2-состоянии это же поле
является очень сильным.'Лишь несколько линий в спектре состояния
2Р./г(Ga) с частотой, меньшей 109 с-1, позволяют удовлетворительно
определять gj...
В принципе возможно по наблюдаемым частотам спектральных линий атомов в
двух различных состояниях вычислить непосредственно отношение gjJgj.
Такая процедура, однако, исключительно трудоемка. Вместо этого мы
вычисляем Н' для каждой наблюдаемой линии. Когда имеется расхождение в
величинах Н' для атомов в различных состояниях (если известно, что эти
значения должны совпадать), оно может быть устранено подбором значений
gj. Это очевидно, поскольку в выражениях для энергий и уровней величина
Я' всегда входит в форме произведения2 gjH'. Пусть, например, gj для двух
различных состояний равно g°r и g°r; тогда соответствующие значения Я'
есть Н\ и Яг- И, полагая АЯ =Н\ - Яг, имеем
Общая методика и требования к аппаратуре для наблюдения линий в
радиочастотной области спектра атомов обсуждались во многих работах3.
Установка с молекулярными пучками, использованная в описываемых здесь
экспериментах, была первоначально предназначена для изучения
радиочастотного спектра молекул в очень сильных магнитных полях.
Соответственно
1 Классификация атомных состояний и их обозначения даны в прим. на стр.
130, гл. 7.
2 Правда, имеется также член giH'. Однако во всех случаях, кроме одного,
значение gi определяется через основное состояние атома, в котором
находится ядро. Тогда член giH' можно записать в виде (gilgj)gjH', где
величина отношения gi/gi не зависит от каких-либо предположений
относительно gi. В одном особом случае "этот член столь мал, что
неточности определений в gi не оказывают заметного влияния на
результаты",
3 См , например, главы 6 и 7.
159
отклоняющие магниты были весьма протяженными, и это позволяло создавать
большие магнитные потоки. Длина области магнитного поля, в которой
происходит переход, равна 48 см. К сожалению, поле было недостаточно
однородно, и использование значительной части этой области для наблюдения
линий атомных переходов, особенно чувствительных к полю, существенно
уширяло эти линии. Во всех описываемых экспериментах эффективная длина
области с полем, вызывающим переход, уменьшалась до 2 см путем
соответствующего уменьшения длины области радиочастотного поля, через
которое проходил пучок. Отклоняющие магниты работали при малых магнитных
потоках...
Для последовательного измерения линий в радиочастотном спектре двух
различных атомов (например, галлия и натрия) был изготовлен специальный
нагреватель, в котором печи, содержащие каждое из этих веществ,
устанавливались на платформе, закрепленной на вращающемся основании,
