struttura iperfine

struttura iperfine

Separazione (splitting) di un livello elettronico di un atomo (o di una struttura molecolare) in più livelli di energie tra loro vicine (multipletto iperfine) come effetto dell’interazione degli elettroni con i momenti multipolari magnetici ed elettrici del nucleo. Con struttura iperfine (HFS, Hyper-fine structure) s’intende anche la quantità di energia che separa i livelli di un multipletto iperfine. La struttura iperfine entra in gioco quando si vuole studiare l’interazione degli elettroni con il nucleo, non più trattato come carica puntiforme ma considerandone i momenti elettromagnetici superiori. Se lo spin nucleare è nullo, il nucleo presenta simmetria sferica e si ha soltanto uno spostamento (in termini di energia) del livello, legato al volume del nucleo (shift isotopico). In questa condizione, come nel caso in cui il momento angolare elettronico totale è zero, non si ha struttura iperfine. Se invece sia il momento angolare nucleare sia quello totale elettronico sono diversi da zero, si ha un accoppiamento tra essi, con conseguente separazione in più livelli del livello energetico imperturbato. La causa principale della struttura iperfine è dunque l’interazione degli elettroni orbitali con il momento di dipolo magnetico del nucleo. Lo splitting della struttura iperfine è minore di quello della struttura fine di un fattore 10⁻³, la quale è invece legata al momento magnetico elettronico, tipicamente maggiore di quello nucleare appunto per tre ordini di grandezza. Molto spesso la struttura iperfine risulta dello stesso ordine di grandezza dello shift isotopico (tranne che per gli atomi più leggeri, in cui lo shift di massa e la struttura fine sono confrontabili). La struttura iperfine (senza lo shift isotopico) si verifica nelle linee spettrali di tutti gli atomi i cui nuclei hanno un numero atomico non pari (oltre che per ²D e ¹⁴N), i quali presentano uno spin diverso da zero. La struttura iperfine può essere studiata ricorrendo all’interferometro di Fabry-Perot e lo splitting può essere misurato direttamente con l’aiuto del metodo della risonanza atomica. Malgrado il modesto contributo dell’interazione iperfine all’energia elettronica, il suo studio fornisce importanti informazioni sugli spin e sui momenti magnetici nucleari.

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