stany niestacjonarne niestacjonarne superpozycje stanów elektronowych promieniują

Transkrypt

1 Strszczni W8: stany nistacjonarn nistacjonarn suprpozycj stanów lktronowych prominiują polaryzacja składowych zmanowskich = wynik szczgólnj wolucji stanów nistacjonarnych w polu B przjścia wymuszon przz zwn. pol EM: absorpcja i misja wymuszona równoprawn procsy zalżn od warunków początkowych przjścia rzonansow (rzonans optyczny) a) zalżność szrokości rzonansu od czasu obsrwacji b) kształt linii spktralnych Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6

2 Wilki ksprymnty 665 Isaac Nwton (rozszczpini wiatła na składow) 84 Josph von Fraunhoffr (lini absorpcyjn w widmi słoncznym) (spktroskop pryzmatyczny) 86 Robrt Bunsn & Gustav Kirchhoff 885 Johan Jakob Balmr (widmo wodoru) 889 Johanns R. Rydbrg fizyki atomowj -prhistoria = R λ n Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6

3 Wilki ksprymnty - historia Rabi Nobl 944 Strn Nobl 943 Pauli Raman Nobl 945 Schrödingr Nobl 93 Franck & & Dirac Hrtz Nobl 933 Hisnbrg Nobl 95 Nobl 93 Stark d Broglli Nobl 99 Nobl 99 Barkla Bohr Nobl 97 Nobl 9 Win Nobl 9 Einstin Lorntz & Nobl 9 Zman Nobl 9 Rontgn Planck Nobl 9 Nobl 98 Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 3/6

4 Wilki ksprymnty - ra nowoŝytna Kw. t. kohrncji, grzbi opt i sp. Roy Glaubr, T. HänschH nsch,, J. Hall Nobl 5 N.Basow, A.Prochorow, Ch. Towns, Nobl 964 Lasr E. Cornll,, W. Kttrl, C. Wiman Nobl S. Chu,, W. Phillips C. Cohn-Tannoudji Tannoudji, Nobl 997 N. Ramsy, H. Dhmlt & W. Paul Nobl 989 N. Blombrgn & A. Schawlow Nobl 98 chłodzni lasr. & pułapki atom. spktr. Ramsy a & pułapki jonow spktroskopia lasrowa BEC A. Kastlr Nobl 966 W.E. Lamb Nobl 955 pompowani optyczn przsuni ci Lamba Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 4/6

5 Jams Franck & Gustav Hrtz do w. 93, 95 Gdy w ba c pró nia: -lktrony mitowan z K, przyspiszan przz V S -mi dzy S i A stały potncjał hamuj cy (ok.,5 V) -gdy V S, I A (wzrost n. kint. lktronu) Gdy w ba c pary Hg: -przy okr lonym V S, spadk I A (V S =4,9 V) -równi przy V S, 3V S,... spadk I A Zdrznia l. z atomami: -spr yst, gdy atom ni przjmuj nrgii lktronu -nispr yst, gdy n. kint. l. n. wwn trzna atomu (procs rzonansowy) Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 5/6

6 Intrprtacja: nispr yst zdrznia -Hg wzbudzni atomu, strata n. lktronu, spadk I A (mo by wilokrotny przkaz n. kintycznj) po wzbudzniu Hg rmisja fotonów (wzbudzon pary Hg wic ) i widmo misji z ba ki widmo lampy Hg f 53,7 nm λ Wnioski: dowód kwantyzacji nrgii w atomi ( nispktroskopowy ), mo liwo slktywngo wzbudzania okr lonych poziomów atomowych (inn rguły wyboru ni dla wzbudzania przz absorpcj wiatła) Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 6/6

7 skolimowana (szczliny) wi zka at. Ag w pró ni (st. podst.: 5s S /, l=) obsrwacja obrazu wi zki na okinku aparatury db r r w nijdnor. polu mgt. oddz. z dipolm mgt.: V= µ B F z = µ cos( µ, B) dz µ = γl oczkiwani klas. (dla l ) (do w. 9, Strn 943) B µ=µ l +µ s obsrwowano: Wnioski: kwantyzacja przstrznna kr tu, mo liwy pomiar atom. mom. mgt. dowód spinu (l=, a jdnak µ ) B= B B= Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 7/6

8 rozwój tchnik pomiarowych poprawa dokładno ci Balmr n (modl Bohra) Zman, Lorntz Spin, struktura subtlna intrfromtry struktura nsbt. aparaturow ogranicznia zdolno ci rozdz. ν instr ogranicz. fizyczn kwstia szroko ci linii widmowych r r gaz fkt Dopplra ω ω k υ ω 8kBT rozszrzni dopplrowski ω = = 7, 6ω T M D c M fundamntaln ograniczni rlacja Hisnbrga: E t h naturalna szroko linii spktralnych ponadto mo liw: rozszrzni zdrzniow, rozszrzni przz sko czony czas oddziaływania Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 8/6 ω nat = τ

9 ω 8 k BT ω D = = 7, 6 ω c M T M na ogół ω D ω nat al ω D gdy: T ω gaz skolimowana wi zka atom./molk. + prostopadł wzbudzani i obsrwacja k υ r r ω ω k υ r υ r k = mtody radiospktroskopii, spktroskopii lasrowj, chłodzni i pułapkowani atomów i jonów Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 9/6

10 944 Isidor Isaac Rabi N N S B S B S B= B rf N µa En. ω for his rsonanc mthod for rcording th magntic proprtis of atomic nucli I dt B mo liwo pomiaru struktury zman. i struktury nsbt. stanów podstawowych B wyznaczni momntów j drowych zgary atomow Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6

11 for his discovris concrning th fin structur of th hydrogn spctrum Polykarp Kusch "for his prcision dtrmination of th magntic momnt of th lctron" Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6

12 prcyz. pomiar b. małych str. spktr. En. ω A π h = dla r.f. A B <<B 8 3 λ I dt P P(ω) i f.5 ( t ) t = ( ω fi B B ω fi ω ) /τ + τ rzonans: optyczny, NMR,.. zasada zachow. nrgii ω d n d t n n d n = = B n B n n n d t hν k T B = T 3 K 7 ν MHz koniczna ró nica populacji: slkcja stanów w xp. Strna-Grlacha ró nica czasów ycia (S, P w do w. L.-R.) pompowani optyczn Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6

13 rzonans optyczny zasada zachow. nrgii ω= ω fi foton nisi t kr t zas. zachow. mom. p du 966, Alfrd Kastlr σ ± ± absorpcja fotonu zminia rzut kr tu atomowgo P / σ + σ + B dtktor S / m J = / +/ ró nica populacji (orintacji kr tu J) rzonans mi dzy m J = / i +/ slkcja stanów kwantowych (S.-G.) mt. spinowj polaryzacji tarcz gazowych ( magnsowani gazu ), Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 3/6

14 magntomtry pomiar cz st. rz. mi dzy podpoz. zm. (cz. Larmora) pomiar B (dokładno porówn. z SQUID-m) ω = E/ = ( m g J µ B / ) B σ + B? B cosωt zgary atomow induk. rz. mi dzy poziomami str. nsbt. m= m = (słabo zal od zwn. czynników dobry wzorzc cz sto ci) masry I dt ω ω F = ω F= m = m= B obrazowani mdyczn (spolaryz. 3 H *, 9 X) przygot. czystych stanów kwant. np. do kryptografii kwantowj tc... tc... Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 4/6

15 p s a k o r zs a l ó p s i w d : i n u b zw D u i n Ŝ t a n a o ł t a i w ś a j s i m s d po u t s na rw po. Dudninia kwantow Ψ ( t ) = c g + C ( t) + C ( t) g C ( t) = c ie t / h ( Γ / ) t, C ( t) = c ie t / h ( Γ / ) t i l n a k t r d n j b u l, i i n j n d z I d o ó t t. ( A + A + B cos t) Γt ( t) D Ψ D Ψ = ω m I m (t) Dudninia kwantow ω = E E h Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 5/6

16 . SkrzyŜowani poziomów (lvl-crossing) Suprpozycja zdgnrowanych stanów atomowych stan stacjonarny I I m ( t) = = I Przykład: m f. Backa- Goudsmita: Γt ( t) dt ( A + B cos ω t ) g Γ ω + Γ ω (B) B=B LvCross (B)=A +A +C(B) Γ C( B) ω + Γ A/ - A (B) Enrgia B mt. wyznaczania str. poz. nrgt. B LC B Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 6/6

17 g SkrzyŜowani poziomów c.d. ω (B) B= En. m=+ wa n rg. wyboru: J = m= m=, ± obsrwujmy przci cia poziomów z m= ±, ± J g = m= (B)=A +A +C(B) C( B) E Γ ( B) + Γ (B) B B B szroko skrzy. poz.: E Γ B Γ/(g J µ B m) mt. wyznacz. czasów ycia τ =/Γ Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 7/6

18 Pol. Dt. (analiz.) Sygnał υ/d d pol EM; ω ω ω ω szum Sygnał ω ω ω ω ω ω Dokładno pomiarów gdy: gdy: υ spowalnia d rozszrza Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 8/6

19 Mtoda Ramsy a ω D iω t i t ω 989, Norman Ramsy ω υ/d υ/d dodawani amplitud sygnał: S( ω ω ) iω T iω T iωt + = ( ) i( ω ω ) T + T = D/υ S(ω) υ/d υ/d pr ki Ramsy a ω ω Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 9/6

20 g g S P I(P) = I +I + I I cos ϕ SP Opart o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowj, 4/5 /6