Страница 20 из 93
Нечто похожее на химические формулы принято и в теории спектров, где главное квантовое число п обозначают цифрами: п = 1, 2, 3, ..., а орбитальный момент / — буквами, причем ряду чисел / = О, 1, 2, 3, ... поставлен в соответствие ряд букв I = s, p, d, f, ... Поэтому уровень с квантовыми числами п = 3, I = 0 обозначают 3s, а уровень с п = 3, 1=1 обозначают Зр.
В невозбужденном атоме натрия электрон находится в состоянии 3s. А темная D-линия возникает в том случае, если при возбуждении атома электрон переходит в состояние Зр. При обратном переходе 3p->3s он излучает энергию и возникает ярко-желтая D-линия.
А что произойдет, если излучающий натрий поместить в магнитное поле? Вначале, следуя Зоммерфельду, предполагали, что при этом верхний уровень Зр должен расщепиться на 3 компоненты 2/ + 1 = 2-1 + 1 =3, а нижний останется без изменения. В итоге каждая из D и D2^hhhA должна расщепиться на 3 компоненты.
Опыт противоречит такому заключению: в действительности Di-линия расщепляется на 4 компоненты, a D2^hhhh — на 6. Это явление — частный случай так называемого аномального эффекта Зеемана. Чтобы понять его причину, необходимо немного возвратиться назад и уяснить себе вопрос, которого мы раньше сознательно избегали: почему даже без магнитного поля D-линия натрия состоит из двух тесно расположенных компонент D и D2?
Мучительно размышляя над этим вопросом, ученик Зом-мерфельда Вольфганг Паули (1900—1958) пришел в 1924 г. к открытию спина электрона. Он рассуждал примерно так: обе Di- и D2- линии соответствуют одному и тому же переходу с уровня п = 3, I = 1 на уровень п = 3, I = 0. Но их все-таки две! Значит, существует не один, а два верхних уровня Зр и еще какое-то дополнительное квантовое число, их различающее. Свойство, которому соответствует это четвертое квантовое число s, он назвал «неклассической двузначностью электрона» и предположил, что оно может принимать только два значения: +1/2 и —1/2. Паули считал, что наглядное представление этого свойства невозможно.
Но уже в следующем году Джордж Юджин Уленбек (р. 1900 г.) и Сэмюэл Абрахам Гаудсмит (1902—1978) придумали наглядную модель для объяснения этого свойства электрона, предположив, что он вращается вокруг своей оси. Такая модель прямо следовала из аналогии между атомом и Солнечной системой: ведь Земля вращается не только по эллипсу вокруг Солнца, но еще и вокруг своей оси (эту аналогию отмечал Комптон уже в 1921 г., но Паули резко против нее восстал).
Уленбек и Гаудсмит утверждали: кроме орбитального момента I электрону присущ внутренний момент враще-
+ 1/2