spostamento Stark
spostamento Stark
Separazione dei livelli energetici di un atomo o di una molecola in conseguenza dell’interazione con un campo elettrico esterno (effetto Stark). Tale fenomeno è così chiamato in onore del fisico tedesco Johannes Stark (premio Nobel per la fisica nel 1919), che lo scoprì per la prima volta nel 1913 contemporaneamente e indipendentemente dal fisico italiano Antonino Lo Surdo, il quale impiegò un metodo di osservazione più semplice ed efficace. Oggi quindi è anche detto effetto Stark-Lo Surdo. Stark mostrò tale effetto evidenziando lo splitting delle linee spettrali della serie di Balmer, con campi elettrici dell’ordine di 107 V/m. Si parla di effetto Stark lineare (o del primo ordine) se la separazione delle linee spettrali risulta proporzionale all’intensità del campo elettrico. Ciò si verifica solo in presenza di stati quasi-degeneri, per i quali lo spostamento energetico dovuto al campo elettrico è molto maggiore dello splitting di struttura fine. Nell’effetto lineare, tipico dell’idrogeno e degli ioni idrogenoidi (atomi con un solo elettrone, come l’idrogeno) in campi non troppo intensi (dell’ordine appunto di 107 V/m), le righe spettrali si dividono in varie componenti, disposte simmetricamente rispetto alla posizione normale di ogni riga. Per gli ioni non idrogenoidi si manifesta un effetto Stark quadratico (o del secondo ordine), in quanto lo spostamento delle righe spettrali (verso maggiori lunghezze d’onda) è proporzionale al quadrato dell’intensità del campo. Tale effetto si verifica quando l’atomo non ha un momento di dipolo permanente ma è il campo elettrico a indurre un momento di dipolo che a sua volta interagisce con il campo esterno (è proprio questo a rendere lo spostamento proporzionale al quadrato dell’intensità del campo elettrico). Poiché la perturbazione è del secondo ordine, essa produce un effetto di debole intensità. Un effetto ulteriore del campo elettrico è rappresentato dalla deformazione del potenziale colombiano dei nuclei atomici, con la creazione di una barriera di potenziale, facilmente penetrabile per effetto tunnel (in particolare da elettroni in stati altamente eccitati). L’effetto Stark è spiegato in meccanica quantistica in termini della perturbazione indotta dal campo elettrico sulle orbite elettroniche e quindi sui livelli energetici atomici. La presenza di un campo elettrico genera infatti un termine supplementare nell’hamiltoniana (di tipo perturbativo). Mediante la teoria perturbativa si può ottenere la variazione energetica prodotta dal campo elettrico e dare conto anche dell’allargamento e della struttura fine delle righe, dovuti a campi elettrici locali generati dagli ioni stessi. L’effetto Stark ha un suo analogo nel cosiddetto effetto Zeeman, che descrive l’azione sulle caratteristiche spettrali di un atomo o di una molecola da parte di un campo magnetico.