بنية دقيقة: الفرق بين النسختين

في [[الفيزياء الذرية]] ، '''الهيكل الدقيق''' أو ''' البنية الدقيقة''' للذرات ، وهي تصف انقسام الخطوط الطيفية للذرات بسبب تعديلات من الدرجة الأولى ناشئة عن تأثير [[النظرية النسبية]]. حتى مطلع القرن العشرين لم تؤدي دراسة حركة الإلكترون في الغلاف الذري بطرق الميكانيكا الكلاسيكية إلى حلول مرضية. وطبقت النظرية النسبية لاينشتاين على [[ميكانيكا الكم ]] لوصف حالة الذرة ، وعل الأخص [[ذرة الهيدروجين]] وأتت بالنتائج الصحيحة . لهذا توصف بعض خصائص الذرات "بالبنية الدقيقة "(للذرات) ، ثم اكتشفت بعد ذلك ظاهرة انبعاث [[خط هيدروجين|خط الهيدروجين]] 21-سنتيمتر في [[خطوط طيف الهيدروجين ]] واتضح منها بأنه بسبب انتقال الإلكترون من حالة طاقة يكون فيها العزم المغزلي للإلكترون موازيا للعزم المغزلي للبروتون إلى حالة تعاكسهما وسميت تلك الظاهرة [[بنية فائقة الدقة]] .

'''البنية الدقيقة''' Fine Structure تعني [[انفطار (فيزياء)|انفطار]] [[خطوط طيف الهيدروجين|خطوط الطيف ]] للعناصر إلى عدة خطوط قريبة من بعضها البعض . ويعني هذا الانفطار أو الانقسام أنه توجد في الذرة المعنية [[مستوى طاقة|مستويات طاقة]] قريبة من بعضها البعض ، حيث كل انتقال للإلكترون بين مستويين للطاقة من عالى إلى أقل يكون مصحوبا بانبعاث شعاع ضوئي ([[فوتون]]) ، وتكون طاقة الفوتون هي الفرق بين مستويي الطاقة .

ويبلغ هذا الانقسام لخطوط الطيف أصغر كثيرا عن المسافات بين مستويات الطاقة الأخرى ، ذلك لأنها تعتمد على قيمة <math>(Z\alpha)^2</math> للذرة ، حيث <math>Z</math> هي [[ عدد ذري|العدد الذري ]] و α [[ثابت البنية الدقيقة]]. فمثلا يبلغ التغير في [[طول الموجة |أطوال موجات ]] الخطوط

- 6562,8&nbsp;Å مثلا. هذا يفسر أيضا الاكتشاف المتأخر نسبيا لتأثير "البنية الدقيقة" التي اكتشفه [[ويليس لامب]] ، وحاز بسبب هذا الإكتشاف على [[جائزة نوبل في الفيزياء ]] في عام 1955 .

:m [[كتلة|كتلة الإلكترون]]

هذا ينطبق في حالة جسم أو جسيم يتحرك بسرعة معتادة ، أما حركة الأجسام بسرعات عالية جدا قريبة من [[سرعة الضوء]] فلا تصلح الميكانيكا الكلاسيكية ، ولا بد من استخدام معادلات [[النظرية النسبية الخاصة]] ، تراعي سرعات للأجسام قريبة قريبة من سرعة الضوء. تعطي النظرية النسبية لطاقة حركة جسيم سريع ، تقترب سرعته من سرعة الضوء [[طاقة الحركة]]:

لما كانت الميكانيكا الكلاسيكية لا تستطيع تفسير عدم سقوط الإلكترون من مداره على النواة في الذرة (بسبب تضاد شحنتيهما) فاضطر الفزيائيون وفي مقدمتهم [[نيلز بوهر]] ابتكار [[ميكانيكا الكم ]] التي تستطيع ذلك . وفي الأعوام 1923 - 1930 قام العلماء بتطوير [[معادلة شرودنجر ]] المبنية على [[نظرية الكم ]] ، وحاولوا بها حل مسألة الإلكترون الذي يدور في مدار حول أبسط الذرات وهي ذرة الهيدروجين ، بغية تفسير ما تصدره تلك الذرة من خطوط للطيف . أتت الحلول المبدئية لمعادلة شرودنجر بالسلسلة السليمة لخطوط طيف الهيدروجين ، فهي تمثل فوتونات لكل منها [[طول موجة]] معينة ، مقاديرها هي فروق بين مستويين معينين للإلكترون في الذرة ، وتنتجها الذرة عند انتقال الإلكترون من أحد المستويات عالية الطاقة إلى مستوى آخر أقل في الطاقة .

*<math>W_\mathrm{D} = \frac{\hbar^2}{8 m_\mathrm{e}^2c^2} \Delta V</math> - [[هيكل دقيق|تعبير داروين]] وهو تعديل يأخذ [[طاقة الوضع ]] للإلكترون في الذرة في الحسبان.

فيما بعد اتضح أن هناك تأثير رابع لم يؤخذ في الحسبان يعمل على انقسامات صغيرة جدا في خطوط الأطياف (تبلغ انقسامات خطوط الطيف طبقا للبنية فائقة الدقة نحو 2000 أصغر من تلك الناتجة عن البنية الدقيقة )، وسميت انقسامات : [[بنية فائقة الدقة |البنية فائقة الدقة]]. وهي لا تنشأ من تأثير النظرية النسبية ، وإنما من تآثر بين العزم المغزلي للإلكترون electron spin و العزم المغزلي للنواة . لم تحل تلك المسألة إلا في عام 1955 .

: <math>j</math> [[عزم زاوي |العزم الزاوي الكلي]] (<math>j = 1/2</math> إذا كانت <math>l = 0</math> و <math>j = l \pm 1/2</math> في الحالات الأخرى). ومما يستحق الذكر أن تلك المعادلة صاغها من قبل العالم الألماني [[أرنولد سومرفيلد]] باستخدامه نظرية بور القديمة ، قبل تطوير [[ميكانيكا الكم ]] التي طورت بعد ذلك .

: و α [[ثابت البنية الدقيقة]]

* [[ترابط مغزلي مداري ]]