Vodorodsimon atomlar

Vodorodsimon atomlar
Vodorodsimon atomlar va tizimlar deb oralarida elektr tortishish kuchlari ta’sir qilayotgan ikki nuqtaviy massadan iborat tizimga aytiladi. Vodorodsimon atomlarga vodorodsimon ionlar, vodorod izotoplari, pozitroniy va myuoniy, myuonli atomlar, adronli atomlar, Ridberg atomlari misol bo‘ladi. Vodorodsimon atomlarning prototipi vodorod atomi hisoblanadi. Shuning uchun vodorod atomi uchun yozilgan barcha formulalar vodorodsimon atomlar uchun ham to‘g‘ri bo‘ladi. Vodorod atomi uchun Z=1, proton massasi M va elektron massasi m.
Vodorodsimon ionlar. Bunday ionlarga bir marta ionlashgan,zaryad soni Z=2 bo‘lgan geliy atomi He⁺; ikki marta ionlashgan, zaryad soni Z=3 bo‘lgan litiy atomi Li⁺⁺; uch marta ionlashgan, zaryad soni Z=3 bo‘lgan berilliy atomi Be⁺⁺⁺ va boshqa vodorodsimon ionlar kiradi.
Atomda yadro atrofida elektron buluti taqsimlanishining zichligi maksimum bo‘lgan radius quyidagicha aniqlanadi:

n ^2a

rn

0

.

(6.20)

Z

a0

40h^2

– vodorod atomida birinchi Bor orbitasi radiusi.

me^2

Vodorodsimon atomlarning energetik sathlari energiyasi:

En

mZ

2 е4

(6.21)

32^2

0^2 h^2n^2

Bunda n=ℓ+k+1 bo‘lib, n, ℓ, k lar butun sonlar; n – bosh kvant son, ℓ
– orbital kvant son, k – radial kvant son. ℓ va k lar 0,1,2,… qiymatlarni, n=1,2,3,… qiymatlarni qabul qiladi, Z – zaryad soni.

(6.20) va (6.21) formulalardan ko‘rinadiki, He, Li, Be atomlarida birinchi Bor orbitasining radiusi (tegishlicha boshqa orbitalar ham) vodorod atomiga qaraganda Z marta kichik, ionlashtirish potensiali esa Z² marta kattadir. Yadro atrofida elektron buluti taqsimlanishining zichligi radial yo‘nalishda qaralganda n=ℓ+k+1 ifodada k=0, ℓ=n–1 da orbitalar aylanma bo‘ladi, k¹0 da orbitalar elliptik bo‘ladi.

Vodorod izotoplarida (deyteriy va tritiy) proton deytron va triton bilan almashgan bo‘ladi. Deytron proton va neytrondan, triton esa, proton va ikkita neytrondan tashkil topgan. Shuning uchun deyteriy va tritiyda vodorod atomidagi singari Z=1 bo‘ladi, energetik sathlar energiyasi orasidagi farq keltirilgan massaning bir xil bo‘lmaganligidir. Deytron va triton massasi proton massasidan taxminan tegishlicha ikki va uch marta katta. Proton, deytron va triton uchun keltirilgan massalarning nisbiy farqi 10^–3 tartibidadir. Bundan ko‘rinadiki, deyteriy va tritiy uchun orbita o‘lchamlari va ionlashtirish potensiali qiymatlari vodorod atomi uchun shu kattaliklar qiymatlari bilan mos tushadi. Keltirilgan massalar orasidagi kichik farq nurlanish spektral chiziqlarining izotopik siljishiga olib keladi. Izotopik siljishning nisbiy qiymati nurlanish chastosining 10^–3 tartibidadir.
Pozitroniy va myuoniy. Pozitroniy deb, pozitrone⁺va elektrone^–dan iborat vodorodsimon tizimga aytiladi. Pozitron massasi eyektron massasiga teng, zaryadi bir musbat zaryadga teng. Bunday tizim uchun Z=1, keltirilgan massasi esa vodorod atomi keltirilgan massasidan deyarli ikki marta kichik. Shuning uchun vodorod atomiga qaraganda pozitroniy Bor orbitasi o‘lchami ikki marta katta va ionlashtirish potensiali ikki marta kichik. Myuoniy musbat myuon ⁺ va elektrondan tashkil topgan. Myuon o‘z xossalari bilan pozitronga o‘xshaydi, lekin massasi pozitron massasidan 207 marta kattadir. Myuon zarralari leptonlar guruhiga kiradi. Leptonlar kuchli o‘zaro ta’sirlarda qatnashmaydi.
Myuon beqaror zarra bo‘lib, uning yashash vaqti 2,2 mksdir. Myuon uchun Z=1, keltirilgan massasi vodorod atomi keltirilgan massasiga teng, myuonning Bor orbitasi o‘lchami va ionlashtirish potensiali qiymatlari vodorod atomi bilan deyarli bir xil. Pozitroniy va myuoniy beqaror atomlardir. Myuoniyning beqarorligi va yashash vaqti myuonning beqarorligi va yashash vaqti bilan aniqlanadi. Pozitroniyning beqarorligi pozitron va elektronning mumkin bo‘lgan o‘zaro annigilyasiyasi bilan xarakterlanadi. Pozitroniy ikki xil bo‘ladi: ortopozitroniy va parapozitroniy. Ortopozitroniyda pozitron va elektron spinlari qarama-qarshi yo‘nalgan. Ortopozitroniyda 1,4×10^–7s vaqt oralig‘ida annigilyasiyadan uchta gamma-kvant hosil
bo‘ladi, parapozitroniyda esa 1,25×10^–10s vaqt oralig‘ida ikkita gamma-kvant hosil bo‘ladi.
Myuonli atomlar. Yadro zaryadiZyebo‘lgan va elektroni manfiymyuon ^– bilan almashtirilgan atomlar myuonli atomlar deyiladi. Manfiy ion massasi va yashash vaqti musbat ionga tegishli va shu kattaliklarga tengdir. Zaryadi esa manfiy ishoralidir. Vodorod atomi uchun yozilgan formulalar o‘zgarishsiz holda myuon uchun ham to‘g‘ri bo‘ladi, faqat elektron massasini manfiy myuon massasi bilan almashtirish kerak. Manfiy myuon massasi elektron massasidan 207 marta katta. Bu vaqtda keltirilgan massa ham 186 marta ortadi. Myuonli atomlarda Bor orbitasi o‘lchami vodorod atomi Bor orbitasi o‘lchamidan 186 marta kichik, ionlashtirish potensiali esa 186 marta katta. Spektral chiziqlar chastotasi vodorod atomida n®n¹ o‘tishda hosil bo‘ladigan spektral chiziqlar chastotasidan 186 marta kattadir. Bu esa pastki energetik sathlar orasidagi o‘tishlarda rentgen nurlanishlari hosil bo‘lishini ko‘rsatadi. Z katta bo‘lgan myuon atomlarida keltirilgan massaga bo‘lgan tuzatmani hisobga olmaslik mumkin. Shuning uchun og‘ir myuonli atomlarda Bor orbitasi o‘lchami 207Z marta kichrayadi, ionlashtirish potensiali esa 207Z² marta ortadi, vodorod atominikiga nisbatan, Z~10² tartibda bo‘lsa, Bor orbitasi o‘lchami 10^–15m tartibda bo‘ladi, ionlashtirish potensiali esa bir necha MeV bo‘ladi. Myuonli atomlar zaryadi yadro hajmi bo‘ylab taqsimlangandir. Bu esa ayrim hajmiy effektlarga olib keladi. Og‘ir yadroli myuonli atomlarda bunday effektlar ko‘proq sezilarlidir. Myuonli atomlar spektri yadrolarning ichki tuzilishga juda bog‘liqligini ko‘rsatadi, bundan esa yadrolar tuzilishini o‘rganishda foydalanish mumkin. Myuonli atomlarda myuon orbitasi yadro ichkarisiga tushadi. Myuonli atomlar yashash vaqti chekli bo‘lib, ^– myuon yashash vaqti bilan aniqlanadi (»2,2mks). Odatda, myuonli atomlar qobig‘ida myuon bilan birga elektron ham bo‘ladi, lekin ularning ahamiyati kamdir, chunki elektronga qaraganda myuon yadroga yaqinroq turadi. Myuonli atomlar ^– myuonni qamrab olgandan so‘ng uyg‘ongan holatga o‘tadi va so‘ng elektromagnit nurlanishlar yoki atom qobig‘idan elektronni chiqarish bilan asosiy holatga o‘tadi.
Adronli atomlar. Adronli atomlarda yadro zaryadiZyebo‘lib,elektron manfiy adron bilan almashgan bo‘ladi. Adronlar kuchli o‘zaro ta’sirlarda qatnashadigan zarralardir. Spini yarim butun songa teng bo‘lgan adronlar barionlar deyiladi, spini butun songa teng bo‘lgan adronlar mezonlar deyiladi. Barionlarga proton, antiproton, neytron, antineytron, giperon, sigma, ksi kabi zarralar kiradi. Mezonlarga P-mezonlar, K-mezonlar va boshqalar kiradi. Vodorod atomi uchun yozilgan formulalar adronli atomlar uchun birinchi yaqinlashishda ishlatilishi va Bor orbitasi o‘lchami va ionlashtirish potensiali qiymatlari uchun katta natijalar berishi mumkin. Lekin, kuchli o‘zaro ta’sir, qisqa ta’sir bo‘lganligi sababli uyg‘ongan holatlar uchun kuchli o‘zaro ta’sir kamayadi, bu vaqtda vodorod atomi uchun yozilgan formulalardan adronli atomlar uchun to‘g‘ri natijalar olish mumkin.
Ridberg atomlari. Ridberg atomlarida elektron kuchli uyg‘onganholatda joylashadi, ya’ni bosh kvant soni – n katta qiymatga ega bo‘ladi. Bunday elektron yoki atom yuqori Ridberg holatida joylashgan deyiladi. Elektron orbitasi o‘lchami =₀n² formula bilan aniqlanadi. Bunda ₀=5,3×10^–7m – birinchi Bor orbitasi o‘lchamidir. Bundan ko‘rinadiki, bunday atomlarda elektron orbitasi o‘lchami juda katta bo‘ladi. Masalan, n=100 bo‘lganda, orbita o‘lchami ₀=5,3×10^–7m bo‘ladi. Bunday atomning ko‘ndalang kesimi yuzasi n⁴ ga proporsional va n=1 bo‘lgandagi asosiy holatnikidan 10⁸ marta katta. Ionlashtirish potensiali esa n²=10⁴ marta kichik bo‘lib, 1,36×10^–3eV ga teng. Ridberg atomlarida bog‘lanish kuchsiz bo‘lsada, yashashvaqti nisbatan kattadir, uyg‘ongan qo‘shni holatlar oralig‘i esa kichikdir.

1		1	2/n^3 .
n^2		(n1)^2

Ridberg atomlarini o‘rganish radioastronomiyada, plazmalar va lazerlar fizikasida muhim ahamiyatga egadir.