Der Hauptunterschied zwischen Fein- und Hyperfeinstruktur besteht darin, dass bei Feinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis der Energieänderungen ist, die durch die Elektronen-Spin-Bahn-Kopplung erzeugt werden, während bei Hyperfeinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis ist der Wechselwirkung zwischen Magnetfeld und Kernspin.
Üblicherweise beschreibt eine Feinstruktur die Linienaufsp altung von Spektrallinien von Atomen, die durch Elektronenspin und relativistische Korrekturen der nicht-relativistischen Schrödinger-Gleichung auftritt. Andererseits ist eine Hyperfeinstruktur das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen einem intern erzeugten elektrischen und magnetischen Feld und dem Kern von Atomen oder Kernen in Molekülen.
Was ist Feinstruktur?
Die Feinstruktur ist die Aufsp altung der Spektrallinien von Atomen durch Elektronenspin und relativistische Korrekturen der nicht-relativistischen Schrödinger-Gleichung. Dieses Phänomen wurde erstmals 1887 von Albert A. Michelson und Edward W. Morley für das Wasserstoffatom gemessen. Grundlage für ihre Messung waren die von Arnold Sommerfeld eingeführten Theorien. Diese Messungen führten zur Einführung der Feinstrukturkonstante. Die Feinstrukturkonstante ist eine dimensionslose Zahl, die ungefähr gleich 1/137 ist.
Abbildung 01: Feinstrukturaufsp altungsmuster für Deuterium (gekühlt)
Wir können die grobe Struktur der Linienspektren angeben, indem wir die Vorhersagen der Quantenmechanik nicht-relativistischer Elektronen ohne Spin verwenden. Bei einem Wasserstoffatom beispielsweise hängt die Gesamtstruktur hauptsächlich von der Hauptquantenzahl n ab. Ein genaueres Modell wird auch relativistische und Spin-Effekte des Atoms verwenden, die die Entartung der Energieniveaus des Wasserstoffatoms brechen können und zu einer Aufsp altung der Spektrallinien führen. Wir können die Größenordnung der Feinstrukturaufsp altung in Bezug auf die Gesamtstrukturenergie als (Za)2 angeben, wobei Z die Ordnungszahl und a die Lamellenstrukturkonstante ist.
Was ist Hyperfeinstruktur?
Die Hyperfeinstruktur ist die Aufsp altung von Energieniveaus in Atomen, Molekülen und Ionen aufgrund der Wechselwirkung zwischen Elektronenwolken und dem Kern. Typischerweise entsteht eine Hyperfeinstruktur in Atomen aufgrund der Energie des kernmagnetischen Dipolmoments, die mit dem Magnetfeld wechselwirkt, das durch die Elektronen und die Energie des kernelektrischen Quadrupolmoments im Gradienten des elektrischen Felds erzeugt wird. Dies geschieht aufgrund der Ladungsverteilung innerhalb des Atoms.
Abbildung 02: Fein- und Hyperfeinstrukturmuster für ein neutrales Wasserstoffatom
In ähnlicher Weise entsteht eine Hyperfeinstruktur in einem Molekül aufgrund der Auswirkungen der Energie des nuklearen magnetischen Dipolmoments und des Magnetfelds, enthält aber zusätzlich auch die Energie, die mit verschiedenen magnetischen Kernen in Molekülen verbunden ist. Dazu gehört auch die Wechselwirkung zwischen den magnetischen Kernmomenten und dem Magnetfeld, das durch die Rotation des Moleküls erzeugt wird.
Was ist der Unterschied zwischen Fein- und Hyperfeinstruktur?
Im Allgemeinen beschreibt eine Feinstruktur die Linienaufsp altung von Spektrallinien von Atomen als Ergebnis des Elektronenspins und relativistischer Korrekturen der nicht-relativistischen Schrödinger-Gleichung. Der Hauptunterschied zwischen Fein- und Hyperfeinstruktur besteht darin, dass bei Feinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis der Energieänderungen ist, die durch die Spin-Bahn-Kopplung von Elektronen erzeugt werden, während bei Hyperfeinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen ist Magnetfeld und Kernspin.
Die folgende Tabelle fasst den Unterschied zwischen feinen und hyperfeinen Strukturen zusammen.
Zusammenfassung – Fein- vs. Hyperfeinstruktur
Die Feinstruktur ist die Aufsp altung der Spektrallinien von Atomen, die durch Elektronenspin und relativistische Korrekturen der nicht-relativistischen Schrödinger-Gleichung entsteht. Die Hyperfeinstruktur hingegen ist die Aufsp altung von Energieniveaus in Atomen, Molekülen und Ionen aufgrund der Wechselwirkung zwischen Elektronenwolken und dem Kern. Der Hauptunterschied zwischen Fein- und Hyperfeinstruktur besteht darin, dass bei Feinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis der Energieänderungen ist, die durch die Spin-Bahn-Kopplung von Elektronen erzeugt werden, während bei Hyperfeinstrukturen die Linienaufsp altung ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen ist Magnetfeld und Kernspin.
