Het belangrijkste verschil tussen fijne en hyperfijne structuur is dat in fijne structuren de lijnsplitsing het resultaat is van de energieveranderingen die worden geproduceerd door elektron-spin-baankoppeling, terwijl in hyperfijne structuren de lijnsplitsing een resultaat is van de interactie tussen het magnetische veld en kernspin.
Gewoonlijk beschrijft een fijne structuur de lijnsplitsing van spectraallijnen van atomen die optreedt als gevolg van elektronenspin en relativistische correcties op de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking. Aan de andere kant is een hyperfijne structuur het resultaat van de interactie tussen een intern gegenereerd elektrisch en magnetisch veld en de kern van atomen of kernen in moleculen.
Wat is fijne structuur?
De fijne structuur is de splitsing van de spectraallijnen van atomen als gevolg van elektronenspin en relativistische correcties op de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking. Dit fenomeen werd voor het eerst gemeten door Albert A. Michelson en Edward W. Morley in 1887 voor het waterstofatoom. De basis voor hun meting waren de theorieën geïntroduceerd door Arnold Sommerfeld. Deze metingen leidden tot de introductie van de fijnstructuurconstante. De fijne structuurconstante is een dimensieloos getal dat ongeveer gelijk is aan 1/137.
Figuur 01: Fijnstructuursplitsingspatroon voor deuterium (gekoeld)
We kunnen de grove structuur van de lijnspectra geven met behulp van de voorspellingen van de kwantummechanica van niet-relativistische elektronen zonder spin. In een waterstofatoom hangt de grove structuur bijvoorbeeld voornamelijk af van het hoofdkwantumgetal, n. Een nauwkeuriger model zal ook gebruik maken van relativistische en spin-effecten van het atoom, die de degeneratie van de energieniveaus van het waterstofatoom kunnen doorbreken en leiden tot splitsing van de spectraallijnen. We kunnen de schaal van de fijne structuursplitsing in relatie tot de bruto structuurenergie geven als (Za)2, waarbij Z het atoomnummer is en a de structuurconstante van de vinnen is.
Wat is hyperfijne structuur?
De hyperfijne structuur is de splitsing van energieniveaus in atomen, moleculen en ionen als gevolg van de interactie tussen elektronenwolken en de kern. Typisch ontstaat een hyperfijne structuur in atomen vanwege de energie van het nucleaire magnetische dipoolmoment, dat interageert met het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de elektronen en energie van het nucleaire elektrische quadrupoolmoment in de elektrische veldgradiënt. Dit gebeurt door de verdeling van de lading binnen het atoom.
Figuur 02: Fijne en hyperfijne structuurpatronen voor een neutraal waterstofatoom
Op dezelfde manier ontstaat een hyperfijne structuur in een molecuul als gevolg van de effecten van de energie van het nucleaire magnetische dipoolmoment en het magnetische veld, maar daarnaast omvat het ook de energie die wordt geassocieerd met verschillende magnetische kernen in moleculen. Het omvat ook de interactie tussen de nucleaire magnetische momenten en het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de rotatie van het molecuul.
Wat is het verschil tussen fijne en hyperfijne structuur?
Over het algemeen beschrijft een fijne structuur de lijnsplitsing van spectraallijnen van atomen als gevolg van elektronenspin en relativistische correcties op de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking. Het belangrijkste verschil tussen fijne en hyperfijne structuren is dat in fijne structuren de lijnsplitsing het resultaat is van de energieveranderingen die worden geproduceerd door elektron-spin-baankoppeling, terwijl in hyperfijne structuren de lijnsplitsing het resultaat is van de interactie tussen de magnetisch veld en kernspin.
De onderstaande tabel vat het verschil tussen fijne en hyperfijne structuren samen.
Samenvatting – Fijn versus hyperfijne structuur
De fijne structuur is de splitsing van de spectraallijnen van atomen die plaatsvindt als gevolg van elektronenspin en relativistische correcties op de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking. Ondertussen is de hyperfijne structuur de splitsing van energieniveaus in atomen, moleculen en ionen als gevolg van de interactie tussen elektronenwolken en de kern. Het belangrijkste verschil tussen fijne en hyperfijne structuren is dat in fijne structuren de lijnsplitsing het resultaat is van de energieveranderingen die worden geproduceerd door elektron-spin-baankoppeling, terwijl in hyperfijne structuren de lijnsplitsing het resultaat is van de interactie tussen de magnetisch veld en kernspin.
