Физическая энциклопедия - сдвиг уровней

небольшое отклонение тонкой структуры уровней энергии атома водорода и водородоподобных атомов от предсказаний релятив. квант. механики, основанных на Дирака уравнении. Согласно точному решению этого ур-ния, ат. уровни энергии двукратно вырождены: энергии состояний с одинаковым гл. квант. числом n=1, 2, 3, ... и одинаковым числом полного момента j=1/2, 3/2 ... должны совпадать независимо от двух возможных значений орбит.

квант. числа l=jВ±1/2. Однако в 1947 амер. учёные У. Лэмб и Р. Ризерфорд методом радиоспектроскопии измерили расщепление вырожденных уровней 2S1/2 (n=2, l=0, f =1/2) и 2P1/2 (n=2, l=1, j=1/2) в атоме водорода т. н. л э м б о в с к и й сдвиг. Эксперим. значение этой величины (в ед. частоты Dn=D?/h) D?L= 1057,86(2) МГц. Теоретически лэмбовский сдвиг объяснён и вычислен в рамках квант. электродинамики. Осн. вклад дают два радиац. эффекта (радиационные поправки): 1) испускание и поглощение связ. эл-ном виртуальных фотонов (см. ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ), что приводит к изменению эфф. массы эл-на и возникновению у него аномального магн. момента; 2) возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электрон-позитронных пар (поляризация вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоноеской длины волны эл-на (=10-11 см). Найден также вклад эффектов движения и структуры ядра атома водорода (протона). Совр. теор. значение лэмбовского сдвига в атоме водорода D?теорL=1057,87(2) МГц полностью согласуется с экспериментальным, что блестяще подтверждает осн. положения квант. электродинамики. Хорошо согласуются измеренные и вычисленные сдвиги др. уровней, а также в др. водородоподобных атомах (D, Не+ и т. п.). .