32)Спин электрона. Экспериментальное подтверждение пространственного толкования.

Спин электрона. Спиновое квантовое число

Для объяснения тонкой структуры спектральных линий, а также ряда других трудностей в атомной физике американ­ские физики Д. Уленбек (1900—1974) и С. Гаудсмит (1902—1979) предположи­ли, что электрон обладает собственным неуничтожимым механическим моментом

импульса, не связанным с движением электрона в пространстве,— спином (см. § 131).

Если электрону приписывается со­бственный механический момент импульса (спин) l_s, то ему соответствует собствен­ный магнитный момент p_ms. Согласно общим выводам квантовой механики, спин квантуется по закону

L_s=h(s(s+1)),

где s — спиновое квантовое число.

По аналогии с орбитальным моментом импульса, проекция L_sz спина квантуется так, что вектор L_s может принимать 2s+1 ориентации. Так как в опытах Штерна и Герлаха наблюдались только две ори­ентации, то 2s+1=2, откуда s=¹/₂. Про­екция спина на направление внешнего магнитного поля, являясь квантованной величиной, определяется выражением, аналогичным (223.6):

L_sz=hm_s,

где m_s — магнитное спиновое квантовое

число; оно может иметь только два значе­ния: m_s= ±¹/₂.

Таким образом, опытные данные при­вели к необходимости характеризовать электроны (и микрочастицы вообще) до­бавочной внутренней степенью свободы. Поэтому для полного описания состояния электрона в атоме необходимо наряду с главным, орбитальным и магнитным квантовыми числами задавать еще маг­нитное спиновое квантовое число.

33)Излучение и поглощение света. Коэффициенты Эйнштейна. Принцип детального равновесия.

Процесс испускания фотона воз­бужденным атомом (возбужденной мик­росистемой) без каких-либо внешних воздействий называется спонтанным (или самопроизвольным) излучением (рис. 309, б). Чем больше вероятность спонтанных переходов, тем меньше сред­нее время жизни атома в возбужденном состоянии. Так как спонтанные переходы взаимно не связаны, то спонтанное излу­чение некогерентно.

Если на атом, находя­щийся в возбужденном состоянии 2, дей­ствует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условию h=E₂-E₁, то возникает вынужденный (индуцирован­ный) переход в основное состояние 1 с из­лучением фотона той же энергии h=E₂-Е₁ (рис. 309, в). При подобном пе­реходе происходит излучение атомом фотона дополнительно к тому фотону, под действием которого произошел переход. Возникающее в результате таких перехо­дов излучение называется вынужденным (индуцированным) излучением. Таким об­разом, в процесс вынужденного излучения вовлечены два фотона: первичный фотон, вызывающий испускание излучения воз­бужденным атомом, и вторичный фотон, испущенный атомом. В статистической физике известен принцип детального равновесия, согласно которому при термодинамическом равно­весии каждому процессу можно сопоста­вить обратный процесс, причем скорость их протекания одинакова.

Такие состояния называются состояниями с инверсией населенностей. Процесс создания неравновесного состоя­ния вещества (перевод системы в состоя­ние с инверсией населенностей) называет­ся накачкой. Накачку можно осуществить оптическими, электрическими и другими способами.

В средах в инверсном состоянии вы­нужденное излучение может превысить по­глощение, вследствие чего падающий пу­чок света при прохождении через эти сре­ды будет усиливаться (эти среды на­зываются активными).