5. Bố cục luận án
2.5.3. Cấu trúc tinh tế và siêu tinh tế của 85Rb
Các trạng thái điện tử của nguyên tử Rb ở lớp ngoài cùng là 52S1/2, 52P1/2 và 52P3/2. Các dịch chuyển 5S1/2 5P3/2 và 5S1/2 5P1/2 là các thành phần của một cặp cấu trúc tinh tế và mỗi dịch chuyển này lại có thêm cấu trúc siêu tinh tế. Cấu trúc tinh tế là kết quả của sự liên kết giữa mômen quỹ đạo toàn phần
L
của điện tử ở lớp ngoài cùng và mômen spin toàn phần S
. Cấu trúc tinh tế được đặc trưng bởi số lượng tử xung lượng góc toàn phần của electron J
:
JLS
. (2.2) Giá trị của số lượng tử J
nằm trong khoảng:
L S J LS. (2.3) Trạng thái cơ bản của mỗi đồng vị Rb có: L = 0 và S = 1/2 do đó J = 1/2, đó là trạng thái 2 1/2 5 S . Trạng thái kích thích thứ nhất có: L = 1 và S = 1/2 do đó J = 1/2 và 3/2, đó là các trạng thái 2 1/ 2 5 P và 2 3/2 5 P . Trạng thái kích thích thứ hai có: L = 2 và S = 1/2 do đó J = 3/2 và 5/2, đó là các trạng thái 52D3/ 2 và 52D5/ 2.
Các dịch chuyển tinh tế phải thỏa mãn quy tắc lọc lựa sau:
L = 0, 1, nhưng dịch chuyển L 0 0 bị cấm,
S = 0, (2.4) Cấu trúc siêu tinh tế sinh ra do sự tương tác từ của spin hạt nhân I
với spin quỹ đạo và spin của electron (được mô tả thông qua mômen quỹ đạo toàn phần J
của electron). Cấu trúc siêu tinh tế được đặc trưng bởi số lượng tử xung lượng góc toàn phần của nguyên tử F
:
FJ I
. (2.5) Giá trị của số lượng tử F
53
J I F J I . (2.6) Spin hạt nhân của nguyên tử 85Rb là I 5 / 2, do đó sự tách siêu tinh tế của các trạng thái của 85Rb là: Trạng thái cơ bản 2 1/2 5 S bị tách thành hai trạng thái là 2 1/ 2 5 S ,F 2, 3. Các trạng thái kích thích 2 1/ 2 5 P và 2 3/2 5 P bị tách thành các trạng thái là 2 1/ 2 5 P ,F 2, 3 và 2 3/2 5 P ,F 1, 2, 3, 4.
Hình 2.18. Sơ đồ các mức năng lượng siêu tinh tế và các dịch chuyển D1 và
54
Do đặc điểm phổ phát xạ nên các thí nghiệm dùng laser diode cho nguyên tử Rb thường quan tâm các dịch chuyển siêu tinh tế trong vạch D1 (có bước sóng 794 nm) và vạch D2 (có bước sóng 780 nm) như trên hình 2.18.