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Wasserstoffatom. Feinstruktur-Aufspaltung als eine der Korrekturen der Energieniveaus des Wasserstoffatoms. Beim Wasserstoffatom und allgemein jedem Atom mit nur einem Elektron kann man relativistische Effekte, Spin-Bahn-Wechselwirkung und Darwin-Term zu einer Formel für die Korrektur der Energieniveaus zusammenfassen: [2] mit.
Diese Wechselwirkung wird Spin-Bahn-Kopplung genannt und liefert die Erklärung der im Experiment beobachteten Feinstruktur. D.h. sie erklärt z.B. die Aufspaltung der ersten Linie der Balmer-Serie ( ) des Wasserstoffatoms oder die Aufspaltung der Natrium-D-Linie in zwei Linien.
meV), die Aufspaltung also wesentlich kleiner ist als die eigentlichen Bindungsenergien von einigen eV, bezeichnet man die Aufspaltung als 'Feinstruktur' der Atomspektren. Dieses Phänomen findet man beim Wasserstoff ebenso wie bei den Alkali-Atomen, die aufgrund ihres einen Valenzelektrons dem Wasserstoff ähnlich sind.
Die Feinstrukturaufspaltung liegt in der Größenordnung ( α2 / n) En. Sie wird durch die relativistische Dirac-Gleichung beschrieben, aus deren Lösung man folgende Verschiebung der Energieterme erhält: Nach der Diracschen Theorie sind das 2s 1/2 - und das 2p 1/2 -Niveau entartet.
z.B. die erste Linie der Balmer-Serie (n=3 -> n=2) des Wasserstoff-Atoms ist bei der Wellenlänge λ = 656.3 nm ohne externen Felder bereits in eine Doppellinie mit Wellenlängen-Abstand Δλ = 0.14 nm aufgespalten. eine solche Aufspaltung wird auch Fein-Struktur. weitere Beobachtung:
Feinstrukturaufspaltung beim Wasserstoff-Atom: Beim Wasserstoffatom sind die Energieverschiebungen durch die Spin Bahn Kopplung, durch den Darwin Term und die relativistische Massenkorrektur von gleicher Größenordnung, sie können deshalb nicht getrennt berücksichtigt werden.
Feinstruktur 1: Zusammensetzung der Feinstrukturaufspaltung Δ Efs aus relativistischen Korrekturen (Δ Erel ), der Spin-Bahn-Kopplung (Δ ELS) und dem Darwin-Term Δ EDarwin. Feinstruktur 2: Feinstrukturaufspaltung der Zustände des Wasserstoffatoms (nicht maßstäblich).
