结构推理 设Einstein自发辐射系数,证明:一个原子通过电偶极辐射到氢原子基态,辐射的相对频率宽度具有的数量级,这里是精细结构常数.
【正确答案】解在电偶极近似中,自发辐射系数A给出单位时间由k态到j态自发跃迁概率,即 这里 (分别为、j态的能量),是位置矢量算符的矩阵元。 对于氢原子的一对态,的大小具有(Bohr半径)的数量级。辐射能量 是基 态能量正值的数量级,即所以 对于到基态的跃迁,频率展宽来自激发态能量的展宽.由题中的r在电偶极跃迁时正好等于A,所以在跃迁时辐射的角频率宽度为A.而平均角频率是,相对圆频率宽度为 因为,所以分数值数量级为。 讨论圆频率宽度A称为谱线的自然宽度.然而另有两个效应使谱线的宽度进一步展宽,即由于原子运动引起的Doppler效应,和由于原子碰撞引起的原子寿命减少.在室温下和一个大气压的环境中,这两种效应引起的频率展宽远大于自然线宽.通常这两种效应引起的展宽可以通过降低温度和减小气压来减少.
【答案解析】