СДВИГ УРОВНЕЙ

СДВИГ УРОВНЕЙ, небольшое отклонение тонкой структуры уровней энергии водородоподобных атомов от предсказаний релятивистской квантовой механики, основанных на Дирака уравнении.

Согласно точному решению этого уравнения, атомные уровни энергии являются двукратно вырожденными: энергии состояний с одинаковым главным квантовым числом и = 1, 2, 3, ... и одинаковым квантовым числом полного момента j = ^{= 1}/2, ³/2 ... должны совпадать независимо от двух возможных значений орбитального квантового числа l = j ±1/2<= п - 1 (исключая j + ¹/₂ = п, когда l = j - 1/2 = п - 1). Однако в 1947 У. Лэмб и Р. Ризерфорд методом радиоспектроскопии измерили расщепление "вырожденных" уровней 2S^1/2 (п = 2, l = О, j = 1/2) и 2Р_1/2(п = 2, l = 1, j = 1/2) в атоме водорода - т. н. лэмбовский сдвиг. Новейшее экспериментальное значение этой величины L_н^эксп. = (1058,90 ± 0,06) Мгц. Теоретически лэмбовский сдвиг объяснён и вычислен в рамках квантовой электродинамики. Осн. вклад (~а³R, где а -тонкой структуры постоянная, R -Ридберга постоянная) дают два радиационных эффекта (см. Радиационные поправки): 1) испускание и поглощение связанным электроном виртуальных, фотонов (см. Виртуальные частицы), что приводит к изменению эффективной массы электрона и возникновению у него аномального магнитного момента; 2) возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электронно-позитрон-ных пар (т. н. поляризация вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка компто-новской длины волны электрона (~ 4-10-¹¹см). Найден также вклад эффектов движения и структуры ядра атома водорода (протона). Совр. теоретич. значение лэмбовского сдвига в водороде L_H^Teoр= (1058,911 ± 0,012) Мгц полностью согласуется с экспериментальным, что является блестящим подтверждением осн. положений квантовой электродинамики. Хорошо согласуются измеренные и вычисленные сдвиги др. уровней, а также в др. водородоподобных атомах (D, Не+ и т. п.).

Лит.: Сдвиг уровней атомных электронов и дополнительный магнитный момент электрона согласно новейшей квантовой электродинамике. Сб. статей, под ред. Д. Д. Иваненко, М., 1950; Фаустов Р. Н., Уровни энергии и электромагнитные свойства водородоподобных атомов, "Физика элементарных частиц и атомного ядра", 1972, т. 3, в. 1, с. 238. Р. Н. Фаустов.