Avainero hieno- ja hyperhienorakenteen välillä on se, että hienoissa rakenteissa linjan halkeaminen on seurausta energian muutoksista, jotka syntyvät elektronien spin-kiertoradan kytkennästä, kun taas hyperhienoissa rakenteissa juovan halkeaminen on seurausta magneettikentän ja ydinspin välisestä vuorovaikutuksesta.
Yleensä hieno rakenne kuvaa atomien spektriviivojen viivajakoa, joka tapahtuu elektronien spinin ja ei-relativistisen Schrodingerin yhtälön relativististen korjausten seurauksena. Toisa alta hyperhieno rakenne on seurausta sisäisesti generoidun sähkö- ja magneettikentän ja molekyyleissä olevien atomien tai ytimien välisestä vuorovaikutuksesta.
Mikä on hieno rakenne?
Hieno rakenne on atomien spektriviivojen halkeamista elektronin spinin ja ei-relativistisen Schrodingerin yhtälön relativististen korjausten seurauksena. Tämän ilmiön mittasivat ensimmäisen kerran Albert A. Michelson ja Edward W. Morley vuonna 1887 vetyatomille. Niiden mittauksen perustana olivat Arnold Sommerfeldin esittämät teoriat. Nämä mittaukset johtivat hienorakennevakion käyttöönottoon. Hienorakennevakio on dimensioton luku, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin 1/137.
Kuva 01: Hieno rakenteen halkaisukuvio deuteriumille (jäähdytetty)
Voimme antaa viivaspektrien bruttorakenteen käyttämällä kvanttimekaniikan ennusteita ei-relativistisille elektroneille, joilla ei ole spiniä. Esimerkiksi vetyatomissa bruttorakenne riippuu pääasiassa pääkvanttiluvusta n. Tarkemmassa mallissa käytetään myös atomin relativistisia ja spin-ilmiöitä, jotka voivat rikkoa vetyatomin energiatasojen rappeutumista ja johtaa spektriviivojen halkeamiseen. Voimme antaa hienorakenteen halkeamisen asteikon bruttorakenteen energiaan nähden muodossa (Za)2, missä Z on atomiluku ja a on evien rakenteen vakio.
Mikä on hyperhieno rakenne?
Hyperhieno rakenne on atomien, molekyylien ja ionien energiatasojen jakautumista elektronipilvien ja ytimen välisen vuorovaikutuksen vuoksi. Tyypillisesti atomeissa syntyy superhieno rakenne ydinmagneettisen dipolimomentin energian vuoksi, joka on vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, joka syntyy elektronien ja ydinsähköisen kvadrupolimomentin energian kanssa sähkökenttägradientissa. Tämä johtuu varauksen jakautumisesta atomin sisällä.
Kuva 02: Hienoja ja ylihienoja rakennekuvioita neutraalille vetyatomille
Samaan tapaan molekyylin hyperhieno rakenne syntyy ydinmagneettisen dipolimomentin ja magneettikentän energian vaikutuksesta, mutta lisäksi se sisältää energian, joka liittyy molekyyleissä oleviin eri magneettisiin ytimiin. Se sisältää myös vuorovaikutuksen ydinmagneettisten momenttien ja molekyylin pyörimisen synnyttämän magneettikentän välillä.
Mitä eroa hienolla ja hyperhienolla rakenteella on?
Yleensä hieno rakenne kuvaa atomien spektriviivojen viivajakoa elektronien spinin ja ei-relativistisen Schrodingerin yhtälön relativististen korjausten seurauksena. Keskeinen ero hieno- ja hyperhienorakenteen välillä on se, että hienoissa rakenteissa linjan halkeaminen on seurausta energian muutoksista, jotka syntyvät elektronien spin-kiertoradan kytkennästä, kun taas hyperhienoissa rakenteissa juovan halkeaminen johtuu vuorovaikutuksesta magneettikenttä ja ydinspin.
Alla olevassa taulukossa on yhteenveto hieno- ja hyperhienorakenteiden eroista.
Yhteenveto – Hieno vs. hyperhieno rakenne
Hieno rakenne on atomien spektriviivojen halkeamista, joka tapahtuu elektronien spinin ja ei-relativistisen Schrodingerin yhtälön relativististen korjausten seurauksena. Samaan aikaan hyperhieno rakenne on atomien, molekyylien ja ionien energiatasojen jakautuminen elektronipilvien ja ytimen välisen vuorovaikutuksen vuoksi. Keskeinen ero hieno- ja hyperhienorakenteen välillä on se, että hienoissa rakenteissa linjan halkeaminen on seurausta energian muutoksista, jotka syntyvät elektronien spin-kiertoradan kytkennästä, kun taas hyperhienoissa rakenteissa juovan halkeaminen johtuu vuorovaikutuksesta magneettikenttä ja ydinspin.
