|
'''بنية فائقة الدقة''' في [[الفيزياء|فيزياء الذرة ]] (بالإنجليزية : hyperfine structure) هو انقسام طفيف جدا في المدار الإلكتروني الأول حول [[ نواة الذرة]] ناتج عن ترابط بين [[عزم مغزلي|العزم المغزلي ]] للإلكترون مع العزم المغزلي للنواة . يمكن للعزم المغزلي للإلكترون أن يكون متوازيا مع العزم المغزلي للنواة ، أو أن يكونا معكوسان . كل حالة منهما تكون مقترنة [[مستوى طاقة|بمستوى للطاقة ]] معين . وعندما ينتقل الإلكترون من الحالة ذات الطاقة العالية إلى الحالة ذات طاقة منخفضة فهو يبعث فرق الطاقتين في هيئة شعاع ضوئي يسمى [[فوتون]].
[[ملف:Hydrogen-Fine-Hyperfine-Levels.svg|thumb| 320px| left|انقسام بنية فائقة الدقة لمستويات الطاقة لذرة الهيدروجين (مقياس رسم اختياري للتوضيح) [أنظر [[رمز تعبير]]].]]
مقدار انفصال خطوط الطيف الناشئة عن البنية فائقة الدقة هي أصغر نحو 2000 مرة من الانفصال الناشيء عن [[هيكل دقيق|البنية الدقيقة]]. الفرق بين الانفصالين هو ان انفصال البنية الدقيقة سببه ثلاثة مؤثرات ، وهي: تأثير يأخد في الحسبان السرعة العالية للإلكترون في مداره وهي سرعة مقاربة ل [[ سرعة الضوء ]] ([[النظرية النسبية الخاصة|تعديل النسبية]]) ، وتأثير ناتج عن [[ترابط مغزلي مداري]] للإلكترون ، وتعديل في [[طاقة الوضع ]] للإلكترون في المجال الكهربي للنواة (انظر [[هيكل دقيق]]) . أما البنية فائقة الدقة فهي تأخذ في الحسبان علاوة على ذلك تآثر العزم المغزلي المغناطيسي للإلكترون مع العزم المغزلي المغناطيسي ل[[نواة الذرة]] . كما أن لأنوية [[نظير|النظائر ]] المختلفة (عدد البروتونات والنيوترونات) تأثير بهذا القدر الصغير .
الشكل المبين يوضح [[مستوى طاقة|مستويي الطاقة]] الأولين لذرة الهيدروجين (إلى اليسار)، حيث n = 1 و n=2 طبقا [[نموذج بور|لنموذج بور]] . وفي الوسط يبدو انفصال مستويي الطاقة ل n = 1 و n=2 بسبب تأثير [[هيكل دقيق|البنية الدقيقة]] ، وإلى اليمين يوضح الشكل انقسامات مستويات الطاقة المتعلقة بالبنية فائقة الدقة . تتوافق تلك التوزيعات في طاقة الإلكترون في ذرة الهيدروجين مع ما نقيسه من توزيع ل[[خطوط طيف الهيدروجين]] . وكانت ذرة الهيدروجين هي محط اهتمام الفيزيائيين خلال النصف الأول من القرن العشرين حيث أنها أبسط الذرات . ونجحوا في تفسيرها بواسطة [[ميكانيكا الكم]] تفسيرا كاملا ، الشيء الذي فشل في حله [[الميكانيكا الكلاسيكية]]،و استطاعوا حساب كل تلك المستويات للطاقة ، وحساب الانتقالات بينها وما ليس مسموحا منها للانتقال الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة لذرة الهيدروجين .
== تأثير العزم المغزلي للنواة ==
يقصد بالبنية فائقة الدقة انفصال [[مستوى طاقة|مستويات الطاقة]] في الذرة <math>V_\mathrm{HFS}</math>
- بالمقارنة بمستويات طاقة البنية الدقيقة niveaus of fine structure - حيث أن البنية فائقة الدقة تاخذ في الحسبان الترابط بين العزم المغناطيسي للنواة
<math>\vec{\mu}_I</math> مع المجال المغناطيسي <math>\vec{B}_J</math> الذي يولده الإلكترون :
:<math>\Delta V_\mathrm{HFS} = - \vec{\mu}_I \cdot \vec{B}_J</math>
حيث:
* <math>I</math>: [[عزم مغزلي|العزم المغزلي المغناطيسي ]] للنواة ،
* <math>J</math>: [[عزم مداري]] للإلكترون في الغلاف الذري.
=== الصيغة الرياضية وثابت البنية فائقة الدقة===
تؤدي التشابك إلى أن عزم الدوران الكلي <math>\vec{F}</math> للذرة يكون كموميا ، حيث أنه يتكون من مجموع الزخم الزاوي للإلكترون <math>\vec{J}</math> والعزم المغزلي للنواة <math>\vec{I}</math> , وكلاهما كموميان :
:<math> |\vec{F}| = \hbar \sqrt{F(F+1)} = |\vec{J} + \vec{I}|.</math>
يمكن أن يتخذ عدد الكم <math>F</math> قيمة 1/2 أو قيمة عدد صحيح ، فهو يتخذ القيم من
<math>\{|J-I|, \dots, J+I\}</math>
وتعطى طاقة التأثير المتبادل بالمعادلة :
حيث:
* <math>g_I</math> [[معامل لاندي]] للنواة
* <math>\mu_\mathrm{K} = \frac{e\hbar}{2m_\mathrm{P}}</math> [[مغنطون نووي|مغنطون النواة]]
** <math>e</math> [[شحنة أولية |الشحنة الأولية]]
** <math>\hbar</math> [[ثابت بلانك|ثابت بلانك المخفض ]] ،
** <math>m_P</math> [[بروتون|كتلة البروتون]]
* <math>A = \frac{g_I \mu_k B_J}{\sqrt{J(J+1)}}</math> . . . . .''' ثابت البنية فائقة الدقة''' .
لتعيين ''V''<sub>HFS</sub> تلزم معرفة كلا من ''g''<sub>I</sub> و ''B''<sub>J</sub>. ويمكن تعيين
''g''<sub>I</sub> بقياس رنين العزم المغزلي للنواة ، ويمكن تعيين ''B''<sub>J</sub> من [[دالة موجية|الدالة الموجية ]] للإلكترون ، مع العلم بأنها تُحسب بطرق الحساب العددية للذرات ذات [[عدد ذري]] أكبر من 1.
=== تطبيقات ===
تستغل النتقالات الإلكترون بين حالات البنية فائقة الدقة في اختراع [[ساعة ذرية |الساعات الذرية]] ، ذلك لأن [[تردد|ترددها ]] ثابت - مثل باقي الانتقالات في الذرة . كما يمكن توليدهها بطرق بسيطة وهي دقيقة جدا ويمكن قياسها بسهولة ، حيث أنها في نطاق [[موجة راديوية|الموجات الراديوية]] أو في نطاق [[ميكروويف]].
يبلغ تردد الانتقال في [[حالة قاعية|المستوى القاعي]] ل [[ذرة الهيدروجين ]] بين F''=1 '' و F=0 (وهو ما يسمى Spin-Flip ) نحو 1,420 [[هرتز |جيجا هرتز ]] , أي [[طول موجة ]] 21 سنتيمتر. هذا الخط الطيفي الذي يسمى [[خط هيدروجين |خط الهيدروجين]] أو خط HI-Line هام جدا في الرصد الفلكي حيث تستخدم [[مقراب راديوي|تلسكوبات راديوية ]] عديدة وكبيرة للتعرف على أماكن تجمعات سحب للهيدروجين في الكون . وعن طريق قياس [[انزياح دوبلر]] لهذا الخط يمكن معرفة حركة [[وسط بين نجمي| الغاز بين النجمي ]] بالنسبة للأرض .
=== البنية فائقة الدقة للجزيئات===
تدرس البنية فائقة الدقة للجزيئات من الوجهة النظرية بواسطة [[هاميلتوني]] يشمل الأجزاء التي نتجت من حالة الذرة ، مع الأخذ في الحسبان ثنائي قطب معناطيسي لكل من الأنوية التي تكون لها <math>\scriptstyle{I>0}</math> بالإضافة إلى رباعي أقطاب كهربي لكل نواة لها
<math>\scriptstyle{I\geq 1}</math>. وكان العالمان "فروش" و "فولي" أول من قام بحساب نصيب القطب الثنائي المغناطيسي في حالة الجزيئات ثنائية الذرات .
<ref name="Frosch-Foley">{{cite journal |author=Frosch and Foley |title=Magnetic hyperfine structure in diatomics |year=1952 |journal=[[Physical Review]] |volume=88 |issue=6 |pages=1337–1349 |doi= 10.1103/PhysRev.88.1337|bibcode = 1952PhRv...88.1337F |last2=Foley |first2=H. }}</ref>
ويسمى ما نتج عن حساباتهم لإحداثيات البنية فائقة الدقة ، تسمى "إحداثيات فروش و فولي".
==اقرأ أيضا==
* [[هيكل دقيق |بنية دقيقة]]
* [[ذرة الهيدروجين]]
* [[خط هيدروجين]]
* [[نموذج بور]]
* [[خطوط طيف الهيدروجين]]
* [[ترابط مغزلي مداري ]]
* [[رمز تعبير]]
[[تصنيف:ميكانيكا الكم]]
[[تصنيف:فيزياء ذرية]]
{{بذرة فيزياء}}
[[en:hyperfine structure]] ▼
[[de:Hyperfeinstruktur]]
▲[[en: hyperfineHyperfine structure]]
| 