原子分子光谱与结构理论  070200M01015H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:钟志萍,王如泉
授课时间: 星期二,第1、2 节
授课地点: 教一楼306
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期四,第1、2 节
授课地点: 教一楼306
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070200M01015H 课时: 60 学分: 4.00
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:钟志萍,王如泉 助教:贾凤东
英文名称: Theory of Atomic and Molecular Spectra and Structure 召集人:

教学目的、要求

本课程为原子与分子物理及其相关专业硕士和博士研究生的专业基础课。课程内容涵盖原子分子物理基础核心知识和当前的研究领域前沿课题。主要内容为:(1)从薛定谔方程、狄拉克方程到量子场论,从群论理论出发,利用对称性分析,阐明最简单的双体体系:氢原子和类氢离子、三体体系:氦原子和氢分子离子、多电子原子,双原子分子和多原子分子的能级标识和能级结构基本理论。具体地,对原子,采用角动量理论和拉卡代数的方法,阐明原子波函数求解、能级结构及其光谱现象;对分子,基于玻恩-奥本海默近似和分子点群理论,全面系统地讨论双原子及多原子分子的转动、振动和电子等光谱的基础知识,阐明光谱现象和分子内部结构的关系;(2)从辐射与原子的相互作用出发,涵盖激光冷却、原子钟、物质波干涉和离子俘获等主题,展示对量子系统的精确控制,精密测量和量子计算。通过本课程的学习,为进一步学习原子分子物理及从事专业研究打下基础。

预修课程

量子力学和原子物理

教 材

1.郑乐民、徐庚武编著,《原子光谱与原子结构》,北京大学出版社,北京,1988。 
2.张允武,陆文庆,刘玉申编著,《分子光谱学》,中国科学技术大学出版社,合肥,1988

主要内容

1. 双体体系-氢原子和类氢离子能级结构与光谱:16学时。
授课内容:光谱基本知识;基本实验测量;光与原子相互作用爱因斯坦理论;一般性理论处理方;法氢原子和类氢离子能级结构德的薛定谔方程求解;精细结构与自旋轨道相互作用;相对论效应与狄拉克方程求解;兰姆线移;超精细结构和同位素移动;原子体系哈密顿量的量子场论表达式。
教学重点与难点:以氢原子为例,推导描述原子波函数的量子数:n,l,m的根源,具体阐明量子力学求解原子分子能级结构和光谱的,如何推广到复杂原子;相对论效应各项的物理根源、物理图像、量级估计。

2.三体及四体体系-氦原子、氢分子离子和氢分子子能级结构:6学时。
授课内容:多个电子存在带来的新效应-氦原子基态和激发态的单、三重态能级结构;洪特定则;多电子体系的总状态波函数的Slater行列式;库仑能与交换能;Femi相关和Fermi孔;Coulomb相关与Coulomb孔;多电子原子薛定鄂方程的建立,求能级的近似方法(定态微扰理论和变分法);哈特利--福克方程和原子结构的自洽场计算;多电子角动量耦合;量子力学多体问题及量子态的分类;等价双态系统-氢分子离子和氢分子;化学键本质;玻恩-奥本海默近似。
教学重点与难点:对称性对波函数和能级能量的影响、多体物理求解的数学基础及物理方法、化学键本质和玻恩-奥本海默近似。

3. 多电子原子能级结构与光谱:18学时。
授课内容:谱项及属于谱项的波函数:双电子组态情形与多电子组态;角动量理论;LS谱项的无耦合表象表示的波函数及用拉卡方法求能量;一价原子能级的精细结构;氦原子能级的精细结构;LS耦合与jj耦合;耦合的一般情形。
教学重点和难点:角动量理论,拉卡方法

4. 激光冷却、原子钟、物质波干涉和离子俘获:10学时
授课内容:激光与原子相互作用理论,激光冷却,磁光阱,拉姆齐干涉仪,原子钟,物质波干涉仪,原子重力仪,原子陀螺,离子阱,量子计算。
教学重点与难点:激光与原子相互作用理论,激光冷却,拉姆齐干涉仪,离子阱,量子计算

5. 双原子分子电子、振动和转动光谱与结构:4学时。
授课内容:双原子分子转动光谱与结构;双原子分子振动光谱与结构;双原子分子电子光谱与结构
教学重点和难点:双原子分子电子态标识、宇称、核交换对称性。

6. 多原子分子电子、振动和转动光谱与结构:6学时。
授课内容:分子点群;群表象理论;多原子分子转动能量和转动波函数;多原子分子转动光谱;多原子分子的振动光谱;多原子分子的电子光谱。
教学重点与难点:分子点群,群表象理论,及应用到多原子分子振动光谱的分析处理。

教学手段与方法:上课讲授为主。
考核方式:闭卷笔试,含期中和期末笔试

参考文献

1. 徐克尊,《高等原子分子物理学》, 科学出版社 2000
2. R. D. Cowan “Theory of atomic structure and spectra” University of California Press 1982.