Defekt kwantowy – wielkość stosowana w fizyce atomowej i spektroskopii do opisu odchyleń poziomów energetycznych atomów wieloelektronowych od poziomów przewidywanych dla atomu wodoropodobnego. Defekt kwantowy jest szczególnie użyteczny w opisie stanów Rydberga, w których jeden z elektronów znajduje się na wysoko wzbudzonym poziomie energetycznym.

Opis W atomie wodoru energia elektronu może być w przybliżeniu opisana zależnością

gdzie jest odpowiednią energią Rydberga, a – główną liczbą kwantową.

W atomach wieloelektronowych elektron znajdujący się w stanie Rydberga oddziałuje nie tylko z jądrem atomowym, ale również z pozostałymi elektronami tworzącymi rdzeń atomowy. Powoduje to przesunięcie poziomów energetycznych względem prostego modelu wodorowego.

Odchylenie to można opisać poprzez wprowadzenie defektu kwantowego Energia poziomu może być wtedy zapisana jako

gdzie: – główna liczba kwantowa, – orbitalna liczba kwantowa, – defekt kwantowy, – efektywny ładunek rdzenia atomowego, – odpowiednia energia Rydberga.

Wielkość

nazywana jest efektywną główną liczbą kwantową.

Pochodzenie defektu kwantowego Jedną z głównych przyczyn występowania defektu kwantowego jest przenikanie elektronu Rydberga w obszar zajmowany przez elektrony rdzenia atomowego. Elektron znajdujący się blisko rdzenia doświadcza potencjału różniącego się od czystego potencjału Coulomba charakterystycznego dla atomu wodoru.

Znaczenie tego efektu zależy od orbitalnej liczby kwantowej Stany o małej wartości wykazują zwykle większy defekt kwantowy, ponieważ ich funkcje falowe mogą w większym stopniu przenikać do obszaru rdzenia. Dla stanów o dużym penetracja rdzenia jest znacznie słabsza. W takim przypadku istotne mogą być również efekty związane z polaryzacją rdzenia.

Zastosowania Defekt kwantowy jest wykorzystywany do analizy widm atomowych oraz do wyznaczania energii wysoko wzbudzonych stanów atomowych. Pozwala opisywać serie Rydberga atomów wieloelektronowych za pomocą zmodyfikowanego modelu podobnego do modelu atomu wodoru.

Bardziej złożone układy, w których występują oddziaływania pomiędzy wieloma seriami lub kanałami, mogą być opisywane za pomocą wielokanałowej teorii defektu kwantowego (ang. multichannel quantum defect theory, MQDT).

Zobacz też atom Rydberga wzór Rydberga liczba kwantowa spektroskopia atomowa poziom energetyczny

Przypisy

Kategoria:Fizyka atomowa Kategoria:Mechanika kwantowa Kategoria:Spektroskopia