hyperfinetilstand

Hyperfinetilstand, eller hyperfine state, er en energitilstand i atomer eller ioner som oppstår gjennom hyperfine-interaksjonen mellom kjernefjellets spin I og elektronets vinkelmoment J. Denne interaksjonen fører til små splittelser av energinivåer som ellers ville vært degenererte, og utvider dermed det elektriske energinivådiagrammet til en hyperfin struktur.

For hvert elektronisk nivå med gitt J finnes flere hyperfine-nivåer merket av F, der F er den totale vinkelsmomentet som følger av I og J: F kan være |I−J| til I+J i heltallstrinn. Hvert hyperfine-nivå har 2F+1 mF-undernivåer. Overganger mellom hyperfine-nivåer følger vanlige overgangsregler for angular momenta, ofte ΔF = 0, ±1, med unntak for at overgang mellom F = 0 og F = 0 er forbudt. Energiforskjellene ligger typisk i området MHz til GHz og bestemmes av hyperfine-konstanter A (magnetisk dipol) og B (elektrisk kvadrupol).

Eksempler og betydning: Hydrogen-1s-staten har en kjent hyperfinsplitting på omtrent 1420 MHz, som gir den astronomisk viktige 21-centimeter linjen. I grunn til Cs-133 er avstanden mellom hyperfine-nivåene F = 3 og F = 4 omtrent 9,19 GHz, og denne overgangen brukes som definisjonen av ett sekund i SI-enheten. Hyperfine-states er sentrale i tekniske anvendelser som atomklokker og masere, i kvanteinformasjon som qubiter, og i presisjonsmålinger ved spektroskopi og astrofysikk. De splittringene som oppstår i felt kan påvirkes av ytre magnetfelt (Zeeman-effekt), noe som gir ytterligere struktur i spektrallinjene. Hyperfine-studiet gir innsikt i atomkjernens egenskaper og deres samspill med elektronorbitaler.