Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Разделение спектральных линий в электрическом поле
Spectral line splitting in electrical field
Эффект Старка — это смещение и расщепление спектральных линий атомов и молекул под воздействием внешнего электрического поля. Он является электрическим аналогом эффекта Зеемана, при котором спектральная линия расщепляется на несколько компонент под воздействием магнитного поля. Хотя изначально этот эффект был сформулирован для статического случая, он также используется в более широком контексте для описания влияния переменных во времени электрических полей. В частности, эффект Старка ответственен за уширение спектральных линий давлением (уширение Старка), вызванное заряженными частицами в плазме. Для большинства спектральных линий эффект Старка с высокой точностью либо линейный (пропорциональный приложенному электрическому полю), либо квадратичный. Эффект Старка наблюдается как для линий излучения, так и для линий поглощения. Последний иногда называют обратным эффектом Старка, однако этот термин больше не используется в современной научной литературе.
The Stark effect is the shifting and splitting of spectral lines of atoms and molecules due to the presence of an external electric field. It is the electric field analogue of the Zeeman effect, where a spectral line is split into several components due to the presence of the magnetic field. Although initially coined for the static case, it is also used in the wider context to describe the effect of time dependent electric fields. In particular, the Stark effect is responsible for the pressure broadening (Stark broadening) of spectral lines by charged particles in plasmas. For most spectral lines, the Stark effect is either linear (proportional to the applied electric field) or quadratic with a high accuracy. The Stark effect can be observed both for emission and absorption lines. The latter is sometimes called the inverse Stark effect, but this term is no longer used in the modern literature.
История
Эффект назван в честь немецкого физика Йоханнеса Старка, который обнаружил его в 1913 году. В том же году он был независимо обнаружен итальянским физиком Антонино Ло Сурдо, и в Италии его иногда называют эффектом Старка — Ло Сурдо. Открытие этого эффекта внесло важный вклад в развитие квантовой теории, и Старк был удостоен Нобелевской премии по физике в 1919 году. Вдохновленный магнитным эффектом Зеемана и особенно объяснением его Хендриком Лоренцем, Вольдемар Войт выполнил классические механические расчеты для квазиупруго связанных электронов в электрическом поле. Используя экспериментальные показатели преломления, он дал оценку расщепления Старка. Эта оценка была на несколько порядков величины меньше. Не смутившись этим предсказанием, Старк провел измерения возбужденных состояний атома водорода и успешно наблюдал расщепление. Используя квантовую теорию Бора — Зоммерфельда («старую»), Пол Эпштейн и Карл Шварцшильд независимо вывели уравнения для линейного и квадратичного эффекта Старка в водороде. Четыре года спустя Хендрик Крамерс вывел формулы для интенсивностей спектральных переходов. Крамерс также учел эффект тонкой структуры с поправками на релятивистскую кинетическую энергию и связь между спином электрона и орбитальным движением. Первое квантово-механическое рассмотрение (в рамках матричной механики Вернера Гейзенберга) было выполнено Вольфгангом Паули. Эрвин Шрёдингер подробно обсудил эффект Старка в своей третьей работе по квантовой теории (в которой он представил свою теорию возмущений), один раз в духе работы Эпштейна 1916 года (но обобщенной от старой к новой квантовой теории) и один раз, используя свой (первого порядка) метод возмущений. Наконец, Эпштейн пересмотрел линейный и квадратичный эффект Старка с точки зрения новой квантовой теории. Он вывел уравнения для интенсивностей линий, которые значительно превосходили результаты Крамерса, полученные с помощью старой квантовой теории. В то время как эффект Старка первого порядка в водороде согласуется как со старой моделью Бора — Зоммерфельда, так и с квантово-механической теорией атома, поправки высшего порядка не согласуются.
The effect is named after the German physicist Johannes Stark, who discovered it in 1913. It was independently discovered in the same year by the Italian physicist Antonino Lo Surdo, and in Italy it is thus sometimes called the Stark–Lo Surdo effect. The discovery of this effect contributed importantly to the development of quantum theory and Stark was awarded with the Nobel Prize in Physics in the year 1919. Inspired by the magnetic Zeeman effect, and especially by Hendrik Lorentz's explanation of it, Woldemar Voigt performed classical mechanical calculations of quasi elastically bound electrons in an electric field. By using experimental indices of refraction he gave an estimate of the Stark splittings. This estimate was a few orders of magnitude too low. Not deterred by this prediction, Stark undertook measurements on excited states of the hydrogen atom and succeeded in observing splittings. By the use of the Bohr–Sommerfeld ("old") quantum theory, Paul Epstein and Karl Schwarzschild were independently able to derive equations for the linear and quadratic Stark effect in hydrogen. Four years later, Hendrik Kramers derived formulas for intensities of spectral transitions. Kramers also included the effect of fine structure, with corrections for relativistic kinetic energy and coupling between electron spin and orbital motion. The first quantum mechanical treatment (in the framework of Werner Heisenberg's matrix mechanics) was by Wolfgang Pauli. Erwin Schrödinger discussed at length the Stark effect in his third paper on quantum theory (in which he introduced his perturbation theory), once in the manner of the 1916 work of Epstein (but generalized from the old to the new quantum theory) and once by his (first order) perturbation approach. Finally, Epstein reconsidered the linear and quadratic Stark effect from the point of view of the new quantum theory. He derived equations for the line intensities which were a decided improvement over Kramers's results obtained by the old quantum theory. While the first order perturbation (linear) Stark effect in hydrogen is in agreement with both the old Bohr–Sommerfeld model and the quantum mechanical theory of the atom, higher order corrections are not.