国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

学部の量子力学を通して、水素原子、スピン‐軌道相互作用、Zeeman効果、Stark効果といった内容は一通り勉強をしていると思われます。しかしながら、「水素原子もアルカリ原子も最外殻の電子数は一つなのに、エネルギー構造にどうして大きな差があるのか？」ときかれると、即答するのは難しいものです。実際、水素原子の場合、エネルギーは主量子数のみで決まりますが、アルカリ原子では、同じ主量子数をもっていても方位量子数が異なるとエネルギーが変わります。講義では、学部の講義で習った現象を、今一度、直感的に理解することを試みます。また原子と外場との相互作用のうち、電磁場との相互作用は、その応用を考えた時、大変重要なものとなります。電磁場を正弦的に振動する電場として扱うことで、原子‐電磁場間の相互作用を記述することができます。しかし我々は、電磁場を量子化することが出来ることを知っています。電磁場を量子化しなければ理解が出来ない現象とは一体何でしょうか？講義では、こうした点についても議論をしていきます。

到達目標

【到達目標】　原子の基本構造、ならびに分光学的特徴を理解することを目的とします。さらに原子が磁場、電場、電磁場などの外場におかれたときの応答を理解します。
【テーマ】　もっとも単純な水素原子からスタートして、最外殻に電子が一つあるアルカリ原子、二つの電子があるヘリウム原子を扱います。原子のエネルギー構造は、スピンと軌道の相互作用により分裂し、さらに核スピンの寄与を通して、より細かい構造をもちます。原子のエネルギー構造に対する一通りの理解ができた段階で、原子を外場にさらした際に生じるエネルギーの分裂やシフトについて議論します。

キーワード

原子のエネルギー構造、原子の外場に対する応答、光の量子化、原子と光の相互作用

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

授業の進め方

穴埋め式のプリントを配布し、パワーポイントを使って講義を進める。

授業計画・課題

教科書

講義中に配布する資料を用います

参考書、講義資料等

"Atomic Physics", Christopher J. Foot, Oxford master series in atomic, optical and laser physics
"The Physics of Atoms and Quanta", H. Haken and H. C. Wolf, Springer

成績評価の基準及び方法

期末テストにより評価を行います

関連する科目

• PHY.Q207 ： 量子力学入門
• PHY.Q208 ： 量子力学II
• PHY.Q311 ： 量子力学III
• PHY.E205 ： 電磁気学
• PHY.E212 ： 電磁気学II
• PHY.E310 ： 電磁気学III

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

量子力学に関する基礎知識を習得していることが望まれます。