• Para un momento dipolar magnético nuclear, μI, situado en un campo magnético, B’, el término relevante en el Hamiltoniano viene dado por:2 En ausencia de un campo aplicado
  externamente, el campo magnético que experimenta el núcleo es el asociado al momento angular orbital (ℓ) y de espín (s) de los electrones: El momento angular orbital del electrón resulta del movimiento del electrón alrededor de algún punto
  externo fijo que tomaremos como la ubicación del núcleo.

• El campo magnético en el núcleo debido al movimiento de un solo electrón, con carga -e’ en una posición r relativa al núcleo, viene dado por: Para un átomo de muchos electrones
  esta expresión se escribe generalmente en términos del momento angular orbital total, , sumando sobre los electrones y utilizando el operador de proyección, , donde .

• En física atómica, una estructura hiperfina es una pequeña perturbación en los niveles de energía (o del espectro) de los átomos o moléculas debido a la interacción de un
  dipolo magnético, proveniente de la interacción del momento magnético nuclear con el campo magnético del electrón.

• El término frecuencia de transición denota la frecuencia de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del átomo, y es igual a , donde ΔE es
  la diferencia de energía entre los niveles y h es la constante de Planck.

• La estructura hiperfina molecular generalmente está dominada por estos dos efectos, pero también incluye la energía asociada con la interacción entre los momentos magnéticos
  asociados con diferentes núcleos magnéticos en una molécula, así como entre los momentos magnéticos nucleares y el campo magnético generado por la rotación de la molécula La estructura hiperfina contrasta con la estructura fina, que resulta
  de la interacción entre el momento magnético asociado con el espín del electrón y el momento angular orbital de los electrones.

• Un electrón con momento angular de espín, s, tiene un momento magnético, μs, dado por: donde gs es el factor g de espín del electrón y el signo negativo se debe a que el electrón
  está cargado negativamente (considérese que partículas cargadas negativa y positivamente con masa idéntica, viajando por trayectorias equivalentes, tendrían el mismo momento angular, pero darían lugar a corrientes en sentido contrario).

• El último término, a menudo conocido como Contacto de Fermi’ se refiere a la interacción directa del dipolo nuclear con los dipolos de espín y sólo es distinto de cero para
  estados con una densidad de espín de electrones finita en la posición del núcleo (aquellos con electrones no apareados en s -subcáscaras).

• Para los estados con una proyección bien definida del momento angular orbital, Lz, podemos escribir , dando: El momento angular de espín del electrón es una propiedad fundamentalmente
  diferente que es intrínseca a la partícula y, por tanto, no depende del movimiento del electrón.

• La frecuencia asociada con la separación de energía de los estados está en la región de microondas , lo que hace posible impulsar transiciones hiperfinas utilizando radiación
  de microondas.

• Se ha argumentado que se puede obtener una expresión diferente si se tiene en cuenta la distribución detallada del momento magnético nuclear.5} Para estados con esto puede
  expresarse en la forma donde:2 Si la estructura hiperfina es pequeña comparada con la estructura fina (a veces llamado acoplamiento IJ por analogía con el acoplamiento LS), I y J son buenos números cuánticos y los elementos matriciales de
  pueden aproximarse como diagonales en I y J.

• La interacción de este momento de dipolo magnético con el momento magnético del núcleo (debido a su Espín) conlleva a la división entre hiperfinos.

• El segundo término da la energía de la interacción de “distancia finita” del dipolo nuclear con el campo debido a los momentos magnéticos de espín de los electrones.

• En cambio, se puede usar un par de pulsos láser para impulsar la transición, haciendo que su diferencia de frecuencia (desafinación) sea igual a la frecuencia de transición
  requerida.

• Debido a la precisión de los relojes atómicos basados en la transición de estructura hiperfina, ahora se utilizan como base para la definición del segundo.

• La comparación con las mediciones de α en otros sistemas físicos proporciona una prueba rigurosa de la electrodinámica cuántica.

• La estructura hiperfina, con cambios de energía típicamente órdenes de magnitudes más pequeños que los de un cambio de estructura fina, resulta de las interacciones del núcleo
  (o núcleos, en moléculas) con campos eléctricos y magnéticos generados internamente.

• Como la división hiperfina es muy pequeña, las frecuencias de transición generalmente no se encuentran en las frecuencias ópticas, sino que están en el rango de frecuencias
  de radio o microondas (también llamadas submilimétricas).

• A partir de la definición de los componentes está claro que el tensor cuadrupolar es una matriz simétrica (Qij = Qji) que también es sin trazas (), dando sólo cinco componentes
  en la representación irreducible.

• Sin embargo, debido al spin del electrón, existe también división de hiperfinos para la capa-S de los electrones, la cual tiene un momento angular orbital cero.

• En este caso, la interacción de dipolo magnético es aún más fuerte, como la densidad de probabilidad de electrones no desaparecen en el interior del núcleo ().

• Puesto que (donde F = I + J es el momento angular total), esto da una energía de: En este caso la interacción hiperfina satisface la regla del intervalo de Landé.

• Tecnología nuclear[editar] El atómica láser de vapor de separación de isótopos proceso (SILVA) utiliza la constante de acoplamiento entre las transiciones ópticas en uranio-235
  y uranio-238 para selectivamente foto ionizar- sólo los átomos de uranio-235 y luego separar las partículas ionizadas de los no ionizados.

• Los láseres de colorante ajustados con precisión se utilizan como fuentes de la radiación de longitud de onda exacta necesaria.

• En este caso (generalmente cierto para elementos ligeros), podemos proyectar N sobre J (donde es el momento angular electrónico total) y tenemos:6 Esto se escribe comúnmente
  como con siendo la constante de estructura hiperfina que se determina experimentalmente.

• En astronomía submilimétrica, los receptores heterodinos se utilizan ampliamente para detectar señales electromagnéticas de objetos celestes, como núcleos de formación de
  estrellas u objetos estelares jóvenes.

• Teoría De acuerdo con el pensamiento clásico, el electrón que se mueve alrededor del núcleo tiene un momento de dipolo magnético, causado porque este está cargado.

 

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