Наука и научные открытия

Обычный холодный атом водорода способен быть источником радиоизлучения. В нижнем состоянии, соответствующем главному квантовому числу 1 и орбитальному 0 (s-состояние), спин электрона в атоме водорода может ориентироваться в двух направлениях по отношению к спину ядра.

Спины электрона и протона могут быть параллельными и антипараллельными. Другие относительные положения спинов невозможны. Спин электрона ориентируется по отношению к спину ядра потому, что в s-coстоянии нет других ориентиров, например орбитального момента. Между электроном и протоном действует электростатическая сила притяжения, это главная сила. Однако кроме нее между электроном и протоном действует также относительно слабая магнитная сила, зависящая от взаимной ориентации электронного и ядерного магнитного моментов. При параллельном расположении электронного и ядерного спинов, а следовательно, при антипараллельном положении магнитных моментов, сила притяжения между электроном и протоном больше, чем при антипараллельном положении спинов, и энергия связи электрона с протоном выше. Таким образом, когда спины электрона и протона переориентируются из антипараллельного в параллельное положение, связь между этими частицами возрастает, а разница между энергией при антипараллелькой и параллельной ориентировками излучается в виде фотона. Излучаемая энергия мала, поэтому частота излучения тоже мала, а длина волны велика. Причем эта длина велика по отношению к другим волнам, излучаемым атомом водорода, например по отношению к световому излучению. Но с точки зрения радиотехники это короткая волна. Длина волны радиоизлучения холодного атомарного водорода составляет 21,1 см., а частота – 1420,406 Мгц.

Возникает интересный вопрос: почему все электроны во всех атомах водорода не находятся в параллельном по спину положении? Ведь нижний (параллельный) уровень энергетически более выгоден и, поскольку существует излучение, все атомы постепенно перейдут в низшее состояние. Для перевода их в более высокое энергетическое состояние (антипараллельное по спинам) необходимо затратить работу.

Читайте также:

1. Радиус ядра водорода протона
2. Радиоволна водорода
3. Сведения о ядерных силах
4. Изотопический спин
5. Сила гравитации