hyperfineövergång

Hyperfineövergång är en övergång mellan hyperfine-splitte nivåer hos atomer eller molekyler, orsakad av samverkan mellan kärnspinnet och elektronernas magnetiska fält. Denna interaktion beror främst på kärnans magnetiska moment i förhållande till elektronernas rörelse och spin, vilket splittrar elektronskiktsnivåer i små skillnader i energi. Hos atomer där kärnspinnet är större än noll kan också elektrisk kvadrupolkraft bidra till hyperfine-splitningen.

Hyperfineövergångar är vanligtvis magnetiska dipolövergångar och ligger i radiovågs- eller mikrovågsområdet. Energin skiljer sig mycket mer än termiska bredningar, vilket gör att övergångarna är mycket smala och ofta väl lämpade som frekvensstandarder eller för astronomisk spektroskopi. För en given elektronisk nivå bildas totalvinkelmomentet F som kombinerar kärnspinnet I och elektronernas totala vinkelmoment J, och övergångar följer ofta reglerna ΔF = 0, ±1 (med undantag för F = 0 → F = 0 i magnetisk dipolövergångar).

Notabla exempel är hyperfineövergången i väteatomens grundtillstånd som ger 21 cm-linjen, en emission vid cirka 1420,405 MHz som används flitigt i radioastronomi för att kartlägga fördelningen av neutralt väte i galaxer. Ett annat viktigt exempel är hyperfine-splitningen i cesium-133, vars grundtillstånds övergång vid cirka 9,19 GHz definierar enheten för en sekund i den internationella måttenhetsstandarden (SI).

Hyperfineövergångar används i olika tillämpningar, bland annat i atom- och molekylspectroskopi, i atomklockor och i kvantdatorer där hyperfine-nivåer utgör stabila qubits. De ger också insikter i kärn- och elektroninteraktioner samt i miljöeffekter som påverkar nivåernas separations.