里德伯原子

✍ dations ◷ 2025-07-07 09:10:53 #原子物理学,原子

里德伯原子是指具有高激发态电子(主量子数n很大)的原子。里德伯原子中只有一个电子处于很高的激发态,离原子实(原子核和其余的电子)很远,原子实对这个电子的库仑作用可视为一个点电荷的库仑作用,因此可以将里德伯原子看作类氢原子,将多体问题转化为单电子问题,这样就大大简化了计算。

1885年巴耳末提出氢原子光谱的巴耳末公式之后,就有人观测到了n=13的氢原子谱线。1893年美国天文学家皮克林在天文观测中观测到了n=31的谱线。1906年又有人观测到了n=51的钠的里德伯原子。目前人们在实验室中已经制备出n≈105的原子,射电天文已经观测到了n≈630的里德伯原子。

当原子处于基态时,尽管不同原子的质量差别很大,而原子半径相差不大。而里德伯原子的主量子数n很大,根据玻尔模型,电子的轨道半径:

即正比于n2,因此里德伯原子的半径比一般原子大很多。n=250的里德伯原子半径约为3.3微米,接近一个典型细菌的大小。

当原子中的电子处于主量子数n很低的状态时,激发态平均寿命在10-8秒左右。里德伯原子的电子被激发到n很大的状态。根据玻尔提出的对应原理,其行为接近于经典物理学的情况。此时激发态的平均寿命近似正比于n4.5,因此里德伯原子的寿命比较长,有的在10-3秒到1秒的数量级。里德伯原子的外层电子结合能近似与n2成正比,相邻两个能级之间的能量间隔近似与n3成反比,因此里德伯原子的能量间隔随n的增加而迅速减小。这使得检测里德伯原子需要有高分辨率的光谱技术,同时也带来一些新的现象。例如对于正常原子,室温的黑体辐射频率远低于原子的一般辐射频率,室温黑体辐射对原子的影响可以忽略不计。而对于里德伯原子,能量间隔很小,室温黑体辐射能够影响原子的寿命。

在普通原子中,原子内部库仑作用比较强,外部的电场、磁场对原子的影响比较小。而里德伯原子中由于电子到原子实的距离比较远,库仑作用比较小,比较容易受到外加的电磁场影响,产生一些有趣的现象。

相关

  • 葡萄膜炎虹彩炎,是葡萄膜炎的一种,是一种虹膜以及睫状体的急性发炎的眼疾。发病原因至今不甚清楚,主要是自体免疫系统的问题,很有可能是自发性或反应性关节炎。临床症状上,常会有眼睛红、
  • 洛哌丁胺洛哌丁胺(loperamide), 较常用的商品名是Imodium,是一种止腹泻药物。常用于肠胃炎、炎症性肠病、和短肠征候群。洛哌丁胺并不适用于痢疾病人身上,大多是口服药物。常见的副作用
  • 生物工程学生物工程学(Biological Engineering或bioengineering),是一种即综合利用数学、物理学、化学、生物学的知识,以及工程学本身的方法,以应对在生物学及医药学等领域等各种问题,满足人
  • 社可指:
  • 印地安纳州印第安纳州(英语:State of Indiana)是美国的一个州,它的首府是印第安纳波利斯。印第安纳原意是印第安人的土地的意思。它的缩写是IN。在美国,一个来自印第安纳州的人不被称为印第
  • 图莱里图莱里县(Tulare County)是美国加利福尼亚州中央谷地内的一个县,面积12,533.2平方公里。根据2010年人口普查,本县共有人口368,021人。本县县治为维塞利亚。本县成立于1852年,县名
  • 并行计算并行计算(英语:parallel computing)一般是指许多指令得以同时进行的计算模式。在同时进行的前提下,可以将计算的过程分解成小部分,之后以并发方式来加以解决。 电脑软件可以被分
  • 骨 (消歧义)骨即骨骼,器官之一。骨也可以指:
  • 林克 (1923年)林克(1923年5月-2011年12月27日),又名袁溥,男,江苏如皋人,中华人民共和国政治人物,原南通市市长、南京医学院党委书记、南京工学院革命委员会主任、清华大学党委书记、复旦大学党委
  • 凯雷顿 (阿拉巴马州)凯雷顿(英文:Kellyton),是美国阿拉巴马州下属的一座城市。面积约为0.96平方英里(约合 2.5平方公里)。根据2010年美国人口普查,该市有人口217人,人口密度为225.1/平方英里(约合86.8/平