ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโครงสร้างแบบละเอียดและแบบไฮเปอร์ไฟน์คือในโครงสร้างแบบละเอียด การแยกเส้นเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดจากคัปปลิ้งอิเล็กตรอนแบบหมุน-ออร์บิท ในขณะที่โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ การแยกสายเป็นผล ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและการหมุนของนิวเคลียร์
โดยปกติ โครงสร้างที่ดีจะอธิบายการแยกเส้นของเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่เกิดขึ้นจากการหมุนของอิเล็กตรอนและการแก้ไขเชิงสัมพันธ์กับสมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่สัมพันธ์กัน ในทางกลับกัน โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นภายในกับนิวเคลียสของอะตอมหรือนิวเคลียสในโมเลกุล
โครงสร้างที่ดีคืออะไร
โครงสร้างที่ดีคือการแยกเส้นสเปกตรัมของอะตอมอันเป็นผลมาจากการหมุนของอิเล็กตรอนและการแก้ไขเชิงสัมพันธ์กับสมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่สัมพันธ์กัน ปรากฏการณ์นี้ถูกวัดครั้งแรกโดย Albert A. Michelson และ Edward W. Morley ในปี 1887 สำหรับอะตอมไฮโดรเจน พื้นฐานสำหรับการวัดคือทฤษฎีที่ Arnold Sommerfeld นำเสนอ การวัดเหล่านี้นำไปสู่การแนะนำค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียด ค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดเป็นตัวเลขไร้มิติที่ประมาณเท่ากับ 1/137
รูปที่ 01: รูปแบบการแยกโครงสร้างละเอียดสำหรับดิวเทอเรียม (เย็นลง)
เราสามารถให้โครงสร้างรวมของสเปกตรัมเส้นโดยใช้การคาดคะเนของกลศาสตร์ควอนตัมของอิเล็กตรอนที่ไม่สัมพันธ์กันซึ่งไม่มีการหมุนตัวอย่างเช่น ในอะตอมของไฮโดรเจน โครงสร้างรวมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเลขควอนตัมหลัก n แบบจำลองที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะใช้เอฟเฟกต์เชิงสัมพัทธภาพและการหมุนของอะตอม ซึ่งสามารถทำลายความเสื่อมของระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนและนำไปสู่การแยกเส้นสเปกตรัม เราสามารถให้มาตราส่วนของการแยกโครงสร้างละเอียดที่สัมพันธ์กับพลังงานของโครงสร้างรวมเป็น (Za)2 โดยที่ Z คือเลขอะตอม และ a คือค่าคงตัวของโครงสร้างครีบ
โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์คืออะไร
โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์คือการแยกระดับพลังงานในอะตอม โมเลกุล และไอออนอันเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างเมฆอิเล็กตรอนและนิวเคลียส โดยปกติ โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์จะเกิดขึ้นในอะตอมเนื่องจากพลังงานของโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กนิวเคลียร์ ซึ่งโต้ตอบกับสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนและพลังงานของโมเมนต์สี่ขั้วไฟฟ้านิวเคลียร์ในการไล่ระดับสนามไฟฟ้า สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายประจุภายในอะตอม
รูปที่ 02: รูปแบบโครงสร้างละเอียดและไฮเปอร์ไฟน์สำหรับอะตอมไฮโดรเจนเป็นกลาง
ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ในโมเลกุลเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของพลังงานของโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กนิวเคลียร์และสนามแม่เหล็ก แต่ยังรวมถึงพลังงานที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสแม่เหล็กที่แตกต่างกันในโมเลกุลด้วย นอกจากนี้ยังรวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์แม่เหล็กนิวเคลียร์และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการหมุนของโมเลกุล
โครงสร้างแบบละเอียดและแบบไฮเปอร์ไฟน์ต่างกันอย่างไร
โดยทั่วไป โครงสร้างที่ดีจะอธิบายการแยกเส้นของเส้นสเปกตรัมของอะตอมอันเป็นผลมาจากการหมุนของอิเล็กตรอนและการแก้ไขเชิงสัมพันธ์กับสมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่สัมพันธ์กันความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโครงสร้างแบบละเอียดและแบบไฮเปอร์ไฟน์คือ ในโครงสร้างแบบละเอียด การแยกเส้นเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนแบบสปิน-ออร์บิต ในขณะที่โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ การแยกเส้นเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง สนามแม่เหล็กและการหมุนของนิวเคลียร์
ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างระหว่างโครงสร้างแบบละเอียดและแบบไฮเปอร์ไฟน์
สรุป – ละเอียดเทียบกับโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์
โครงสร้างที่ดีคือการแยกเส้นสเปกตรัมของอะตอมซึ่งเกิดขึ้นจากการหมุนของอิเล็กตรอนและการแก้ไขเชิงสัมพันธ์กับสมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่สัมพันธ์กัน ในขณะเดียวกัน โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์คือการแยกระดับพลังงานในอะตอม โมเลกุล และไอออนอันเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างเมฆอิเล็กตรอนและนิวเคลียส ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโครงสร้างแบบละเอียดและแบบไฮเปอร์ไฟน์คือ ในโครงสร้างแบบละเอียด การแยกเส้นเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนแบบสปิน-ออร์บิต ในขณะที่โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ การแยกเส้นเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง สนามแม่เหล็กและการหมุนของนิวเคลียร์