Dərslik respublikanın universitetlərinin fizika fakültələrinin tələbələri üçün "Atom fizikası"
Download 18.1 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Ё128. Atomlarda elektronların enerji səviyyələrinin Lemb sürüşməsi
|
Шякил Шякил
851 parçalanır ki, onlardan da 4-ü π –, 3-ü isə σ –komponentdir. Layman seriyasının spektral xətləri ultrabənövşəyi oblastda yerləşdiyi üçün onların müşahidəsi vakuum spektral cihazları vasitəsilə həyata keçirilməlidir. Bu seriyanın spektral xətlərinin xarici elektrik sahəsində parçalanması üçün yuxarıda göstərilən nəzəri nəticələr uyğun təcrübələrdə təsdiq olunur. Hidrogen atomunun Balmer seriyasının spektral xətlərinin xarici elektrik sahəsində parçalanması mənzərəsi bir qədər mürəkkəbdir. Belə ki, bu halda yuxarı enerji səviyyələrindən 3 dənə altsəviyyəyə parçalanmış
=2 səviyyəsinə keçidlər baş verir. n=2 səviyyəsinə ən yaxın olan n=3 səviyyəsi 5 dənə altsəviyyəyə n ə ox ktronun
spinini, y ) nəzərə almadı ttin incə quruluş si güclü sahə ( quruluş sayəsind σ
α
α parçalanmış olur. Ona görə də Balmer seriyasında n =3 enerji səviyyəsindən n=2 enerji səviyyəsinə keçid nəticəsində alınmış H α spektral xətti 127.4 şəklində sxematik göstərildiyi kimi 15 dənə komponentə parçalanır. H β , H γ və H δ spektral xətləri isə uyğun olaraq, 20; 27 və 32 komponentə parçalanır. H β və H δ üçün kompone tlərin sayının 21 və 33 əvəzin 20 və 32 olması onunla əlaqədardır ki, bu spektral xətlər xarici elektrik sahəsində parçalanarkən mərkəzi komponent yaranmır. Ştark effektində H α və H β spektral xətlərinin parçalanması üçün nəzəriyyə və təcrübənin bir-birinə yaxşı uyğun gələn mənzərəsi sxematik olaraq 127.5 şəklində şar qaydada parçalanırlar.
π n=3 n=2 σ π n=3 n=2 göstərilmişdir. H γ və H δ xətləri də Шякил H α π σ π σ H α
α π
π σ
α π
H α
Spektral xətlərin Ştark parçalanmasının yuxarıda təsvir olunan mənzərəsi ele əni spin-orbital qarşılıqlı təsiri (spektral xətlərin incə quruluşunu qda alınır. Bu isə o zaman mümkündür ki, Ştark parçalanması spektral xə unun enindən xeyli böyük olsun, yəni tətbiq olunan xarici elektrik sahə E >10
5 V/sm) olsun. Zəif elektrik sahələrində (E<10 5 V/sm) isə incə ə Ştark effekti xeyli mürəkkəbləşir. Ё128. Atomlarda elektronların enerji səviyyələrinin Lemb sürüşməsi
852 Dirakın relyativistik kvant nəzəriyyəsinə əsasən məlumdur ki, hidrogenəbənzər atomlarda, l orbital kvant ədədinin qiymətindən asılı olmayaraq, n və j kvant ədədləri eyni lan enerji səviyyələri dəqiq olaraq üst-üstə düşməlidir (Ё117). Elektronun spininin necə önəlməsindən asılı olaraq j kvant ədədinin verilmiş qiymətində orbital kvant ədədi üçün
=j-1/2,j+1/2 kim ər atomda baş kvant ədədinin n=2 qiymətinə (hidr lmer seriyasının ən aşağı termi) üç dənə 2s 1/2 , 2p 1/2 və 2p 3/2 enerji səviyyələri uy un gəlir. Bu səviyyələrdən ikisi (2s 1/2 , 2p 1/2 )
və ona görə də 2p →1s keçidinə nisbətən 10 8
ktrik cərəyanı göstərmir. o y i iki dənə qiymət mümkündür. Məsələn, hidrogenəbənz ogen atomunda Ba ğ n j kvant ədədi eyni (j=1/2) olduğundan, onlar Dirak nəzəriyyəsinə görə üst-üstə düşməlidir. Doğrudanmı bu səviyyələr üst-üstə düşür? Hidrogen atomunun Balmer seriyasında n=3 enerji səviyyəsindən n=2 səviyyəsinə keçid nəticəsində yaranan H α
cavab verməyə çalışmışlar. Lakin alınan nəticələr ziddiyyətli olmuşdur. Belə ki, bir sıra tədqiqatçılar müşahidə olunan incə quruluşun Dirak nəzəriyyəsinə tam uyğun gəldiyini təsdiq etdikləri halda, digər tədqiqatçılar göstərirdilər ki, 2s 1/2
və 2p 1/2
səviyyələri üst-üstə düşmür və bir-birinə nəzərən təqribən 0,03 sm -1 və ya 1000 hs sürüşmüşdür. Bu kəmiyyət yuxarıda yerləşən 2p 3/2
səviyyəsi ilə həmin səviyyələr arasındakı məsafəyə nisbətən təqribən 10 dəfə kiçikdir. İncə quruluşun təcrübədə tədqiqinin çətinliyi ondan ibarətdir ki, kifayət qədər böyük enə malik olan spektral xətlər bir-birinə çox yaxın yerləşirlər. 2s 1/2
və 2p 1/2 səviyyələrinin müşahidə olunan azacıq üst-üstə düşməməsi (sürüşməsi) təcrübənin xətası hüdudlarında idi. Bu çətin məsələ 1947-ci ildə Lemb və Rizerford tərəfindən radiospektroskopiya metodlarından istifadə edilməklə həll olundu. Belə ki, enerji səviyyələrinin ~1000 hc qədər sürüşməsi yüksək tezliklər oblastına düşür ki, burada da radispektroskopiya metodlarından istifadə etmək olar. Bu metodlardan istifadə etdikdə isə ölçmə dəqiqliyi 1 hs tərtibində olur. Lemb və Rizerford təcrübəsinin ideyası belə bir fakta əsaslanmışdır ki, həyəcanlanmış 2p 1/2
səviyyəsi qeyri-stabil, həyəcanlanmış 2s 1/2
səviyyəsi isə metastabildir. 2s 1/2
səviyyəsində elektronun olma müddəti 2p 1/2 səviyyəsindəkindən təqribən 10 8 dəfə
böyükdür. Doğrudan da 2p 1/2
səviyyəsindən həyəcanlanmamış 1s 1/2
səviyyəsinə bir foton buraxmaqla baş verən radiasiya keçidi ∆l=±1 seçmə qaydası ilə icazə veriləndir. Lakin 2s 1/2 →1s 1/2 keçidi üçün ∆l=0 olduğundan, bu keçid qadağandır. Belə keçid yalnız iki dənə fotonun buraxılması ilə mümkündür 1/2 1/2
əfə ləng baş verir. Deməli, 2p 1/2
→1s 1/2
keçidi 2s 1/2
→1s 1/2
keçidinə nisbətən 10 8 dəfə tez, yəni praktik olaraq bir an içində baş verir. Lemb və Rizerford təcrübələrində hidrogen molekulları yüksək temperaturlu K sobasında (şəkil 128.1) dissosiasiya olunurlar və bunun da nəticəsində 1s 1/2
əsas halında olan hidrogen atomları dəstəsi alınır. Bu dəstə qalvanometrlə birləşdirilmiş P metal lövhəsinə (hədəfə) doğru hərəkət edir. Dəstədəki hidrogen atomları həyəcanlanmamış olduğundan P hədəfinin elektronlarına enerji verə bilmirlər. Ona görə də hədəfdən elektronların qopması baş vermir və qalvanometr ele
853
Lakin atomlar dəstəsi E elektron dəstəsini kəsərək keçməyə məcbur edilsə, bu dəstədəki atomların bir hissəsini (yüz milyonda birini) 2s 1/2
və 2p 1/2 həyəcanlaşmış hallara keçirmək olar. Atomların həyəcanlanması elektronların K S E N P K S E N P Шякил zərbələri nəticəsində baş verir və ona görə də şüalanma zamanı seçmə qaydaları ödənmir. Həy
düşmürlər. Ona görə də həyəcanlanm yə verərək onları bu hədəfdən qoparırlar şiddətinə görə hədəfə düşən və 2s 1/2
m etmək olar. Əgər indi hidrogen atomları dəstə dəyişən maqnit sahəsi yaradılsa, 2s 1/2 arasında məcburi keçidlər baş verməli səviyyələrin enerjiləri fərqinə uyğun gəl sürətlə baş ir. 2s 1/2
halından 2p həyəcanlanma ə d atomların sayı və deməli, qalvanomet iləri fərqini müəyyən etmək olar. Müəyyən edil
səv
da elektrodinamikasında nəzəri surətdə lektrodinamikasında hidrogen atomunda qiyməti 1057,91 ±0,01 Mhs alınır ki, bu xşı uyğun gəlir. Deyterium və helium i və təcrübi qiymətlərin bu cür yaxşı ) tərtibində safələrdə Kulon məyə imkan verir. Fərz edək ki, Kulon əcanlaşma enerjisi 10,2 eV-dur. 2p 1/2
halında olan atomlar praktik olaraq bir an içində 1s 1/2 əsas halına keçdikləri üçün, bu həyəcanlanmış halda yerləşən atomlar P hədəfinə ış atomlardan hədəfə yalnız 2s 1/2
halında olan canlanma enerjisini P hədəfinin elektronlarına . Bu zaman qalvanometrin göstərdiyi cərəyan etastabil halında olan atomların sayını müəyyən sinin yolunda lazımi tezliyə malik olan dövri və 2p atomlar düşürlər. Bu atomlar öz hə 1/2
səviyyələri üst-üstə düşmürsə, onlar dir (Ё126). Xarici maqnit sahəsinin tezliyi bu dikdə rezonans baş verir və bu keçidlər maksimal verəcəkd
mış hala keçir. Ona gör 1/2
halına keçən atom demək olar ki, dərhal 1s 1/2
ə hədəfə düşən 2s 1/2 həyəcanlanmış halında olan rdən keçən cərəyan şiddəti azalmağa başlayır. Cərəyan şiddətinin minimumuna görə maqnit sahəsinin rezonansa uyğun tezliyini və buna əsasən də 2s 1/2
, 2p 1/2
səviyyələrinin enerj mişdir ki, 2p 1/2 səviyyəsi 2s 1/2 səviyyəsindən aşağıda yerləşir. Ona görə də hətta sahə olmadıqda 2s 1/2
→2p 1/2
keçidləri mümkündür. Lakin bu səviyyələr arasındakı məsafə (yəni, parçalanma) çox kiçik və keçidin ehtimalı isə bu məsafənin kubu ilə tərs mütənasib olduğundan bu ehtimal çox kiçik (uyğun yaşama müddəti bir neçə il) olur. Ona görə də bu cür spontan keçidləri nəzərə almamaq olar. Lemb və Rizerford təcrübələri göstərdi ki, 2s 1/2
və 2p 1/2
səviyyələri bir-biri ilə üst-üstə düşmür. Hidrogen atomu üçün bu səviyyələrin tezlikləri fərqi 1057,90 ±0,06 Mhs olur. Bu fərq və ümumiyyətlə, incə quruluşun n və j kvant ədədləri eyni, l kvant ədədi isə müxtəlif olan iki enerji səviyyəsinin tezlikləri (enerjiləri) arasındakı fərq Lemb sürüşməsi adlanır. Hidrogen atomu üçün 2s 1/2
, 2p 1/2
və 2p 3/2 Шякил 2p 3/2 9910 Ь Рs 2s 1057,90 Ь Рs 3/2 2p 1/2 2p 3/2 9910 Ь Рs 2s 1057,90 Ь Рs 3/2 2p 1/2 iyyələrinin yerləşməsi və onlar arasındakı fərq sxematik olaraq 128.2 şəklində göstərilmişdir. Lemb sürüşməsi çox kiçik olub, incə quruluşun 2p 3/2
və 2s 1/2
səviyyələri arasın Buna baxmayaraq Lemb sürüşməsi kvant əsaslandırılmış çox mühüm bir hadisədir. Kvant e 2s kı fərqdən təqribən 10 dəfə kiçikdir. 1/2
və 2p 1/2
səviyyələri üçün Lemb sürüşməsinin da yuxarıda göstərilən təcrübi qiymətlə çox ya atomunun birqat ionları (He + ) üçün də nəzər uyğunluğu alınır. Lemb sürüşməsi atomun ölçüləri (10 -8 sm qanununun ödənməsi dəqiqliyini də müəyyən et qanunu E~1/r olan mə 2
γ kimidir və özü də məsələn, γ =10
-9 -dur. Onda hesablamalar göstərir ki, 2s 1/2
–2p 1/2
Lemb sürüşməsinin dəyişməsi ölçmənin xətasından böyük olardı. Buna əsasən
854 belə nəticə çıxarmaq olar ki, atomun ölçüləri tərtibində olan məsafələrdə γ kəmiyyəti 10 -9 - dan böyük ola bilməz. Əslində isə elektronun nüvə ilə qarşılıqlı təsiri zamanı Kulon qanununun pozulması nüvə qüvvələri də təsir etməyə başladıqda baş verir. Qarşılıqlı təsirdə olan hissəciklər arasında nüvə qarşılıqlı təsiri baş verməyən hallar (məsələn, elektronlar və pozitronlar) üçün Kulon qanunu qarşılaşan dəstələr hərəkət edən müasir sürə
ipotetik efirdən fərqli olar
ya foton vak
tərə tləndiricilərdə ~10 -16 sm tərtibli məsafələr üçün yoxlanmışdır. Lemb sürüşməsi kvant elektrodinamikası təsəvvürlərinə əsasən Bete tərəfindən izah olunmuş və hesablanmışdır. Biz burada Lemb sürüşməsinin nəzəriyyəsi haqqında yalnız keyfiyyətcə müəyyən məlumat verəcəyik. Bunun üçün hər şeydən qabaq sahənin kvant nəzəriyyəsinin mühüm anlayışları olan fiziki vakuum və virtual hissəciklər məsələsini nəzərdən keçirmək lazımdır. Sahənin kvant nəzəriyyəsinə görə vakuum içində heç nə olmayan mütləq "boşluq" deyildir. Vakuumun bir çox fiziki xassələri vardır və o, müxtəlif fiziki hallarda ola bilər. Məhz buna görə də o, "fiziki vakuum" adlandırılır. XIX əsrdə fizikada istifadə olunan və adi maddi mühitlərin mexaniki xassələrindən prinsipcə fərqlənməyən mexaniki xassələrə malik olduğu güman edilən h aq, müasir fizika ciddi müəyyən edilmiş təcrübi faktlara və təcrübədə yoxlanmış fiziki nəzəriyyələrə əsaslanaraq fiziki vakuumun xassələrini müəyyən etməyə çalışır. Əslində bir deyil, bir neçə vakuum vardır və vakuumun növü onun hansı hissəciklər və sahələrlə əlaqəli olmasından asılıdır. Məsələn, elektromaqnit sahəsi və ya fotonların sahəsi öz enerjisini h ν kvantları ilə verə bilir. Enerjinin hər bir verilməsi aktı zamanı fotonların sayı 1 dənə azalır. Belə ardıcıl proseslər nəticəsində elə hal yaranır ki, bu halda fotonların sayı sıfra bərabər olur. Lakin klassik təsəvvürlərdən fərqli olaraq bu zaman elektromaqnit sahəsi yox olmur və ən kiçik enerjili hala keçir ki, bu enerjini də sahədən almaq artıq mümkün deyildir. Bu nəticə sıfrıncı enerjinin, yəni son nəhayətdə qeyri- müəyyənlik prinsipinin mövcud olması sayəsində alınır. Elektromaqnit sahəsinin fotonlar olmayan mümkün olan ən kiçik halı elektromaqnit sahəsinin vakuum halı və uumu adlanır. Vakuum halında olan elektromaqnit sahəsi enerji verə bilməz, lakin bu, heç də o demək deyildir ki, o, özünü büruzə verə bilmir. Belə ki, vakuum halında olan elektromaqnit sahəsi müşahidə olunan müxtəlif fiziki hadisələrin səbəbi ola bilər. Buna oxşar olaraq digər hissəciklər üçün də, hissəciklərə uyğun sahənin ən aşağı enerjili halı kimi, vakuumdan danışmaq olar. Məsələn, bir-birindən yalnız elektrik yükünün işarəsi ilə fərqlənən elektron və pozitron üçün elektron-pozitron vakuumu, π –
bu sahələrdən ibarət olan bütöv sistemin ən aşağı enerjili halını vakuum adlandırmaq olar. Əgər vakuum halında yerləşən sahəyə kifayət qədər enerji verilsə, onda bu sahənin həyəcanlanması, yəni hissəciyin – bu sahənin kvantının yaranması baş verir. Məsələn, vakuumda elektron-pozitron cütlərinin yaranması baş verir. Hissəciyin yaranmasını "müşahidə olunmayan" vakuum halından real hala keçid kimi təsvir etmək olar. Müasir təsəvvürlərə görə hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir hansısa digər hissəciklər vasitəsilə baş verir ki, bunlara da öz vakuumu uyğun gəlir. Məsələn, elektrik yükünə malik olan hissəciklər arasında elektromaqnit qarşılıqlı təsiri elektromaqnit vakuumu vasitəsilə həyata keçir. Belə ki, bir elektrik yükü foton buraxır və bu foton digər yük tərəfindən udulur, bu digər yük də öz növbəsində foton buraxır ki, o da birinci yük findən udulur. Beləliklə, elektrik yükünə malik olan hissəciklər arasında fotonların mübadiləsi baş verir. Bunun nəticəsində vakuumun sıfrıncı, yəni həyəcanlanmamış halı dəyişir və dəyişmə də müasir təsəvvürlərə görə fotonları mübadilə edən hissəciklər
855 arasında meydana çıxan qarşılıqlı təsir qüvvəsi kimi təzahür edir. Buna oxşar olaraq bu yax
nı ya enerjinin, ya da ki, impulsun saxlanması qanunu poz
ınlara qədər belə hesab olunurdu ki, atom nüvəsində nuklonlar (protonlar və neytronlar) arasında qarşılıqlı təsir π –mezonlar vakuumu vasitəsilə baş verir. Nuklonlardan biri π –mezon buraxır və digəri bu π –mezonu udur və əksinə. Lakin zaman keçdikcə kvark modeli qəbul olundu və nüvə qüvvələrini kvarkların qarşılıqlı təsirinə əsaslanaraq izah etməyə başladılar. Maddə ilə qarşılıqlı təsir zamanı fotonlar buraxıla, udula və səpilə bilər. Fotonların sayının saxlanması qanunu yoxdur. Lakin enerjinin və impulsun saxlanması qanunları ödənməlidir. Sərbəst elektron foton buraxa və ya uda bilməz, onu yalnız səpə bilər. Qarşılıqlı təsir haqqında yuxarıda şərh olunan təsəvvürlər ilk baxışdan bu deyilənlərə zidd görünür. Lakin bu, heç də belə deyildir. Konkretlik naminə elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsirinə baxaq və nəzərə alaq ki, aşağıda deyilənlər qarşılıqlı təsirin bütün digər növlərinə də aiddir. Qarşılıqlı təsir başlanmamışdan qabaq hər bir hissəcik sərbəstdir və indicə qeyd olunduğu kimi, sərbəst hissəcik kvant buraxa və uda bilməz. Çünki sərbəst hissəciyin kvant buraxması və ya udması zama ulmuş olardı. Bunu sadə yolla isbat etmək üçün ilk anda elektronun sükunətdə olduğu koordinat sisteminə baxaq. Fərz edək ki, elektron impulsu
ε
olan foton buraxmışdır. Foton buraxdıqdan sonra elektronun impulsunu e pr enerjisini isə ε
ilə işarə edək. Onda impulsun və enerjinin saxlanması qanununa əsasən 0 =
f e p p r r , ε
+ ε
=m 0
2 yazmaq olar. Burada m 0 –elektronun sükunət kütləsidir. Bu bərabərliklərdən (cpe)2=(cpf)2, ε
ε
ε
alınır. Foton üçün ε
=cp
və elektron üçün ( ε
/c) 2 -p e 2 =(m 0 c ) 2 ifadələrini nəzərə almaqla birinci bərabərliyi ikincidən çıxaq. Onda ε
0 2 =0 alınır ki, buradan da ε =0 alınır, yəni sükunətdə olan sərbəst elek f tron foton buraxa bilməz. Eyni qayda ilə fotonun udula bilməməsini də lar.
asında alınan al hissəciklər vasitəsilə deyil, virtua a göstərilən ziddiyyət
Virtual hissəciklər yalnız aralıq halla ü də çox qısa müddət ərzində mövcud olurlar ki, bu da onların təcrübələrdə qey sına əngəl törədir. Virtual hissəciyin ∆t asibəti də ödənir. Bu cür qey
göstərmək o Lakin nəzərə almaq lazımdır ki, yuxarıda şərh olunan mülahizələr əs müddəalar həqiqi hissəciklərin buraxılmasına aiddir. Qarşılıqlı təsir isə re l hissəciklər vasitəsilə baş verir və yuxarıd aradan qalxmış olur. Ona görə də mübadilə olunması sayəsində qarşılıqlı təsir baş verən hissəcikləri sadəcə olaraq hissəcik yox, virtual hissəcik adlandırmaq düzgün olardı. rda və öz d olunma
mövcud olma müddəti onun enerjisinin ∆E qeyri-müəyyənliyi ilə ∆t⋅∆E≥ħ kimi əlaqədardır. Bundan başqa ∆x⋅∆p≥ħ qeyri-müəyyənlik mün ri-müəyyənlik münasibətləri ödəndikdə enerjinin saxlanması qanunu sərbəst həqiqi hissəciklərin kvantlar buraxmasına artıq mane ola bilmir. Bunun üçün tələb olunan şərt ondan ibarətdir ki, bu kvantlar ∆E enerjisinə malik olsunlar və ∆t~ħ/∆E zaman müddəti ərzində mövcud olsunlar. Belə də demək olar ki, enerjisi və impulsu arasında
2 =(pc) 2 +m 2
4 adi klassik əlaqə ödənməyən hissəcik virtual hissəcik adlandırılır. 0 ∆t zaman müddəti olaraq qarşılıqlı təsirdə olan hissəciklər arasında mübadilə aktının davam etmə müddətinin götürülməsi təbiidir. Qarşılıqlı təsirin yayılmasının c maksimal
856 sürəti ilə baş verdiyini qəbul etsək, ∆t=L/c yaza bilərik. Burada L–qarşılıqlı təsirin verildiyi məsafədir. Onda sükunət kütləsi m olan kvantın enerjisi E=m c 0 0 2 =ħc/L olar. Buradan
0 h =
(128.1) alınır. Deməli, qarşılıqlı təsiri ötürən kvantın m kütləsi böyük olduqda, uyğun qüv 0 vələrin
təsi r də onlar arasında qarşılıqlı təsiri ötürən uyğun kvantlarla əhatə olunmuşdur. Bu mənzərə isə təsirin məsafəyə bilavasitə verilməsinin qeyri-mümkünlüyü haqqında Faradeyin və Maksvellin təsəvvürlərinə uyğun lir. Qarşılıqlı əsi üçün aralıq agentin (vasitəçinin) olması zəruridir. Lakin belə agentin klassik kəsilməz efir Lem r radiusu L kiçik olacaqdır. Bu faktın çox böyük əhəmiyyəti vardır. Məsələn, foton üçün m 0 =0 olduğundan, Kulon qüvvələrinin təsir radiusu sonsuzdur. Beləliklə, qeyri-müəyyənlik prinsipi belə bir fikrin qəbul edilməsinə gətirir ki, hər bir yüklü hissəcik buraxılan və udulan virtual fotonlar buludu ilə əhatə olunmuşdur. Digər hissəciklə gə təsirin həyata keçm olması haqqında konkret təsəvvür artıq çoxdan köhnəlmişdir və yalnız tarixi maraq naminə xatırlana bilər. Vakuum sahənin sıfrıncı rəqslərinin, yəni virtual yaranan və yox olan virtual fotonlarlı, virtual elektron-pozitron cütlü, həm də digər virtual hissəcik və antihissəcik cütlü halların superpozisiyasından ibarətdir. Bu virtual hissəciklər öz aralarında və həm də həqiqi hissəciklərlə qarşılıqlı təsirdə olur. Belə ki, yaranan virtual foton elektron- pozitron cütünü doğura bilər. Elektron-pozitron cütünün annihilyasiyası zamanı isə yeni virtual fotonlar yarana bilər və s. Xarici elektrik sahəsində, məsələn, atom nüvəsinin sahəsində virtual elektronlar və pozitronlar qeyri-bərabər yerləşirlər. Belə ki, virtual pozitronlar əsasən elektrik sahəsi istiqamətində, virtual elektronlar isə əks istiqamətdə sürüşmüş olurlar. Bunun nəticəsində isə xarici elektrik sahəsində vakuumun polyarizasiyası adlanan hadisə baş verir. Bu hadisə xarici elektrik sahəsində dielektriklərin polyarizasiyasına oxşardır. Fərq ondan ibarətdir ki, dielektriklərdə həqiqi elektrik yüklərinin, vakuumda isə virtual elektrik yüklərinin sürüşməsi baş verir. Yuxarıda şərh olunanlar əsasında Lemb sürüşməsinin izahını vermək olar. Lemb sürüşməsinə əsas payı (~ α 2
, α –incə quruluş sabiti, R–Ridberq sabitidir) iki dənə vakuum effekti verir. Bu effektlər radiasiya düzəlişləri adlanır: 1) Əlaqəli (rabitəli) elektron tərəfindən virtual fotonların buraxılması və udulmasıdır ki, bu, elektronun effektiv kütləsinin dəyişməsinə və anomal maqnit momentinin yaranmasına səbəb olur; 2) Vakuumun polyarizasiyası, yəni vakuumda virtual elektron-pozitron cütünün yaranmasıdır ki, bu da elektron üçün Kompton dalğa uzunluğu (~10 -11
sm) tərtibində olan məsafələrdə nüvənin Kulon sahəsini təhrif edir. Elektron üçün Kompton dalğa uzunluğu hidrogen atomunda Bor orbitlərinin orta radiusundan çox kiçik olduğundan, hidrogendə b sürüşməsi əsasən birinci səbəbdən, yəni elektronun effektiv kütləsinin dəyişməsi sayəsində baş verir. Vakuumun polyarizasiyası səviyyələrin hamısı üçün eyni olan sürüşməyə səbəb olur. Vakuumun polyarizasiyasının enerji səviyyələrinin Lemb sürüşməsinə verdiyi pay çox kiçikdir. Məsələn, hidrogen atomunda bu pay əsas səviyyənin ümumi sürüşməsinin ~3%-ni təşkil edir. Təcrübi faktlarla uyğun gələn nəticələr verən nəzəriyyəyə görə, enerji səviyyəsinin Lemb sürüşməsi atomun sıra nömrəsinin dördüncü dərəcəsi ilə düz, baş kvant ədədinin isə kubu ilə tərs mütənasibdir (~z 4 /n 3 ).
857
Enerji səviyyəsinin Lemb sürüşməsinə baş kvant ədədinin təsirini aşağıdakı sadə mühakimə ilə izah etmək olar. Belə demək olar ki, s–elektron öz vaxtını əsasən nüvənin yaxınlığında keçirir ki, bu oblastda da elektrik sahəsi həm böyük, həm də kəskin qeyri- bircinslidir; p–elektron isə orta hesabla nüvədən daha uzaqda yerləşir və bu məsafələrdə elektrik sahəsi nisbətən zəif, özü də az qeyri-bircinslidir. Digər tərəfdən vakuumla qarşılıqlı təsir (virtual fotonların buraxılması və udulması) elektronu elə bil ki, yelləndirir (sil axınlaşır. Nüvənin sahəsində elektronun potensial ene kələyir). Klassik fizika baxımından bu, o deməkdir ki, elektronun orbiti səlis əyri (məsələn, çevrə) olmayıb, girintili-çıxıntılıdır (qırışıqdır). Belə ki, elektron xaotik olaraq nüvədən gah uzaqlaşır, gah da nüvəyə y rjisi u~1/r kimidir. r məsafəsi ∆r qədər artdıqda u enerjisi ( )
r r r r r r u ∆ + ∆ − = − ∆ + ∆ 1 1 ~
kəmiyyəti qədər dəyişir; r məsafəsi ∆r qədər azaldıqda isə bu dəyişmə ( ) r r r r u ∆ − ∆ ∆ ~
1
olar. Göründüyü kimi, ∆u 1 ədədi qiymətcə ∆u–dan böyükdür. Bu isə o deməkdir ki, elektronun vakuum titrəməsi onun u potensial enerjisinin dəyişməsinin işarəsini dəyişir. Nüvənin yaxınlığında u böyükdür və məsafədən asılı olaraq kəskin dəyişir. Bu oblastda potensial enerjinin dəyişməsi də xüsusilə böyük olur. Beləliklə, E tam enerjisinə vakuum əlavələri p–elektronlara nisbətən s–elektronlar üçün daha böyükdür. Məhz bunun . Əks halda həmin səviyyələr, vakuumun polyarizasiyası nəticəsində çox kiçik sürüşmə nəzərə alınmazsa, üst-üstə düşərdilər.
nəticəsində s– və p–enerji səviyyələri bir-birindən aralanır, yəni sürüşür
858 |
