里德伯原子调查

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1、里德伯原子调查里德伯原子（Rydbergatom）是指价电子被激发到高激发态能级结构由里德伯能级公式描述的原子。俗称巨原子或胖原子。里德伯原子具有许多奇异的特性，里德伯原子半径大，结合能小，寿命长，因此已被当作探针用来进行基础研究和多方面的应用,并已逐步发展成一门独立的学科分支。里德伯原子的价电子离原子实很远，能级结构类似于氢原子。有关高激发态的研究是原子物理学的新课题。在里德伯原子中，只有一个外层电子处于高激发态，它离原子实（原子核加其它电子）很远，原子实对它的静电库仑作用就象一个点电荷（斗一的。因此，任何原子，当它激发成高激发态的里德伯原子

2、时，都可视为类氢原予;把原子看作由一个外层电子与一个原子实组成，从而可将多体问题简化为单电子问题，利用单电子原子的量子力学方法处理。里德伯原子具有一系列奇恃的性质。依照玻尔的相应原理，当原子中电子激发到n很大的激发态时，电子的运动将接近于经典物理的情况。它的轨道半径正比于/自然界存在的原子的质量可以相差200多倍，但各种原子在正常情况下的半径大小都和差无几。现在，里德伯原子却可比没有激发的基态原子大十万倍。当量子态较低时，电子很容易回到基态，激发态平均寿命一般在10^-8s秒左右。但是，当n很大时，辐射寿命近似正比于n^4.5,只要不受别的原子

3、碰撞，寿命长到千分之一秒甚至于一秒则是很普通的。在普通的基态原子中，原子内部的库仑作用比较强，外加的电场、磁场对原子的影响比较小。但对里德伯原子，高激发态电子离原子中心很远，原子中心部分给它的库仑作用较弱，外加电、磁场比较容易影响它，从而产生一些有趣的现象。ARydbergatomisanexcitedatomwithoneormoreelectronsthathaveaveryhighprincipalquantumnumber.Theseatomshaveanumberofpeculiarpropertiesincludinganexagg

4、eratedresponsetoelectrieandmagneticfields,⑵longdecayperiodsandelectronwavefunctionsthatapproximate,undersomeconditions,classicalorbitsofelectronsaboutthenuclei.ThecoreeIectronsshieldtheoutereIectronfromtheeIectricfieldofthenucIeussuchthat,fromadistance,theelectricpotentiallo

5、oksidenticaltothatexperiencedbytheelectroninahydrogenatom.Inspiteofitsshortcomings,theBohrmodeloftheatomisusefulinexpIainingtheseproperties.Classicallyanelectroninacircularorbitofradiusr,aboutahydrogennucleusofcharge+e,obeysNewton,ssecondlaw：ke2mv2F=772a=>-r-=wherek-1/(47r£0

6、)・OrbitalmomentumisquantizedinunitsofA：mvr=nh.CombiningthesetwoequationsleadstoBohr'sexpressionfortheorbitalradiusintermsoftheprincipalquantumnumber,n：n2h2T=；.ke2mItisnowapparentwhyRydbergatomshavesuchpeculiarproperties：theradiusoftheorbitscalesasti(therr137stateofhydrogenha

7、sanatomicradiuspm)andthegeometriccross-sectionasd.ThusRydbergatomsareextremelylargewithlooselyboundvaleneeelectrons,easilyperturbedorionizedbyco11isionsorexternalfields.BecausethebindingenergyofaRydbergelectronisproportionalto1/randhencefallsoffIike1/〃，theenergylevelspacingf

8、allsoffIike1/hleadingtoevermorecloselyspacedlevelsconvergingonthefirstioniz