La principale différence entre les structures fines et hyperfines est que dans les structures fines, la séparation des lignes est le résultat des changements d'énergie produits par le couplage spin-orbite électronique, alors que dans les structures hyperfines, la séparation des lignes est le résultat de l'interaction entre le champ magnétique et le spin nucléaire.
Habituellement, une structure fine décrit la séparation des raies spectrales des atomes qui se produit à la suite du spin des électrons et des corrections relativistes de l'équation de Schrödinger non relativiste. D'autre part, une structure hyperfine est le résultat de l'interaction entre un champ électrique et magnétique généré en interne et le noyau d'atomes ou de noyaux de molécules.
Qu'est-ce que la structure fine ?
La structure fine est la division des raies spectrales des atomes à la suite du spin des électrons et des corrections relativistes de l'équation de Schrödinger non relativiste. Ce phénomène a été mesuré pour la première fois par Albert A. Michelson et Edward W. Morley en 1887 pour l'atome d'hydrogène. La base de leur mesure était les théories introduites par Arnold Sommerfeld. Ces mesures ont conduit à l'introduction de la constante de structure fine. La constante de structure fine est un nombre sans dimension approximativement égal à 1/137.
Figure 01: Modèle de fractionnement de structure fine pour le deutérium (refroidi)
Nous pouvons donner la structure brute des spectres de raies en utilisant les prédictions de la mécanique quantique des électrons non relativistes n'ayant pas de spin. Par exemple, dans un atome d'hydrogène, la structure brute dépend principalement du nombre quantique principal, n. Un modèle plus précis utilisera également les effets relativistes et de spin de l'atome, ce qui peut casser la dégénérescence des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène et conduire à dédoubler les raies spectrales. Nous pouvons donner l'échelle de la division de la structure fine par rapport à l'énergie brute de la structure sous la forme (Za)2, où Z est le numéro atomique et a est la constante de la structure des ailettes.
Qu'est-ce que la structure hyperfine ?
La structure hyperfine est la division des niveaux d'énergie dans les atomes, les molécules et les ions due à l'interaction entre les nuages d'électrons et le noyau. En règle générale, une structure hyperfine apparaît dans les atomes en raison de l'énergie du moment dipolaire magnétique nucléaire, qui interagit avec le champ magnétique généré par les électrons et l'énergie du moment quadripolaire électrique nucléaire dans le gradient de champ électrique. Cela se produit en raison de la répartition de la charge dans l'atome.
Figure 02: Modèles de structure fine et hyperfine pour un atome d'hydrogène neutre
De même, une structure hyperfine dans une molécule apparaît en raison des effets de l'énergie du moment dipolaire magnétique nucléaire et du champ magnétique, mais en outre, elle inclut également l'énergie associée à différents noyaux magnétiques dans les molécules. Il inclut également l'interaction entre les moments magnétiques nucléaires et le champ magnétique généré par la rotation de la molécule.
Quelle est la différence entre une structure fine et hyperfine ?
Généralement, une structure fine décrit la séparation des raies spectrales des atomes à la suite du spin des électrons et des corrections relativistes de l'équation de Schrödinger non relativiste.le différence clé entre la structure fine et hyperfine est que dans les structures fines, la division de la ligne est le résultat des changements d'énergie produits par le couplage spin-orbite électronique, tandis que dans les structures hyperfines, la division de la ligne est le résultat de l'interaction entre le champ magnétique et spin nucléaire.
Le tableau ci-dessous résume la différence entre les structures fines et hyperfines.
Résumé - Structure Fine vs Hyperfine
La structure fine est la division des raies spectrales des atomes qui se produit à la suite du spin des électrons et des corrections relativistes de l'équation de Schrödinger non relativiste. Pendant ce temps, la structure hyperfine est la division des niveaux d'énergie dans les atomes, les molécules et les ions en raison de l'interaction entre les nuages d'électrons et le noyau. le différence clé entre la structure fine et hyperfine est que dans les structures fines, la division de la ligne est le résultat des changements d'énergie produits par le couplage spin-orbite électronique, tandis que dans les structures hyperfines, la division de la ligne est le résultat de l'interaction entre le champ magnétique et spin nucléaire.
