Moment từ
Các định luật Faraday cho ta biết rằng một điện trường xoáy có thể cảm ứng một từ trường. Một số hạt – electron chẳng hạn – có điện tích. Về cơ bản chúng là những gói tí hon của dòng điện (dòng điện mà chúng ta đưa vào nhà sử dụng chỉ là một dòng electron mà thôi). Các electron cũng có spin lượng tử cố hữu, thành ra các điện trường xoáy của chúng cũng phải tạo ra một từ trường tí hon. Các nhà vật lí gọi trường này là moment lưỡng cực từ của electron. “Moment từ” của một thanh nam châm bình thường được tính bằng độ lớn của hai cực nhân với khoảng cách giữa chúng, thành ra nó phụ thuộc một phần vào thanh nam châm to bao nhiêu. Việc tính moment từ của một electron thì có phần phức tạp hơn, nhưng moment từ luôn “đối song” với moment động lượng spin.
Thuật ngữ “lưỡng cực” ý nói một trường có cực bắc lẫn cực nam. Các đơn cực từ với chỉ một cực từ cho đến nay vẫn chưa được tìm thấy trong Vũ trụ, mặc dù chúng đã được đề xuất bởi một số lí thuyết tiên tiến, ví dụ như lí thuyết siêu dây.
Các tương tác spin-quỹ đạo
Khi một electron bị khóa trong quỹ đạo xung quanh một hạt nhân nguyên tử, moment từ do spin lượng tử của nó gây ra sẽ tương tác với từ trường do chuyển động quỹ đạo của nó xung quanh hạt nhân gây ra. Tương tác spin-quỹ đạo này đưa đến sự hình thành những đặc điểm bất ngờ có thể phát hiện được trong quang phổ nguyên tử. Spin của electron so với từ trường cảm ứng đó có thể có hai định hướng khác nhau, hoặc song song với hướng chuyển động, hoặc “đối song”. Spin song song có năng lượng thấp hơn một chút so với trông đợi, còn spin đối song có năng lượng cao hơn một chút. Điều này dẫn tới các mức năng lượng nguyên tử tách làm đôi, một hiện tượng được các nhà vật lí gọi là “cấu trúc tinh tế”.
Còn có một hiệu ứng ngược lại, trong đó chính hạt nhân có spin và, do đó, có moment từ tương tác với từ trường do electron gây ra. Điều này đưa đến “cấu trúc siêu tinh tế” – những dịch chuyển cực kì nhỏ trong quang phổ làm hé lộ bí mật về các mức năng lượng trong nguyên tử.
Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>
