1樓:漏網之蟹
在軌道耦合的範圍內都是相同的。
一般教科書中涉及的氫原子能級是在非相對論相對論效應求解的。若要考慮相對論效應,則有兩種思路:
直接從狄拉克方程出發解氫原子能級:
將相對論的影響視為擾動。
在第二種方法裡,相對論對薛丁格方程求出的 有以下3個影響:
一般只取到 項。很直觀,不細說了。
2)自旋-軌道耦合 :
半經典的來考慮的話,電子的軌道角動量產生了磁場,而電子的自旋又是乙個磁偶極矩,故二者互相耦合。草稿紙上寫一寫,就能求出:
這就是自旋-軌道耦合擾動的結果。
3)達爾文項(Darwin term)
在靠近質子的範圍內(也就是r較小),電子的波動性逐漸明顯,原子核的勢能變得「模糊」,電子的能級受到影響:
當然,這一項只對L=0,也就是s級有影響,因為L≠0的波函式在原點為0,只有L=0的波函式在原點不為0,所以跟題目沒什麼關係。
集齊這三樣,總的修正就是
. 兩種方法都顯示,最後的能級只於主量子數n和角動量量子數J有關,和軌道角動量L無關。
處於負自旋的3d與正自旋的3p狀態的電子,二者的總角動量皆為J=3/2,故二者簡併。
圖示:Foot, Atomic Physics, p39.
實驗上,可見NIST做的幾個能級測量[1]:
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