
【化】 Lamb shift
【醫】 mho
【計】 shift; shifting
【醫】 aversion; displacement; gression; shift; transposition
蘭姆移位(Lamb Shift)是量子電動力學(QED)中的核心概念,指氫原子能級在實驗觀測與經典理論預測之間存在的細微偏移現象。1947年物理學家威利斯·蘭姆(Willis Lamb)和羅伯特·雷瑟福(Robert Retherford)通過微波技術首次精确測量到這一現象,該發現直接推動了量子場論的發展。
從漢英詞典角度解析:
術語定義
英文對應詞為"Lamb Shift",描述氫原子2S₁/₂和2P₁/₂能級間約1058MHz的微小能差。這一偏移違背了狄拉克方程的預測,揭示了真空量子漲落的物理效應。
理論機制
本質源于電子與虛光子間的相互作用,需通過QED重整化方法計算。朱利安·施溫格(Julian Schwinger)等建立的數學框架成功解釋了該現象,計算公式為: $$ Delta E = frac{alpha m_e c}{8pi n} $$ 其中α為精細結構常數,mₑ為電子質量。
實驗驗證
蘭姆的實驗裝置采用射頻共振法,精度達到MHz量級。該成果被收錄于《物理評論》期刊(Physical Review, 1947, Vol.72),成為檢驗QED理論的基準實驗。
參考文獻
NobelPrize.org. "Willis E. Lamb - Biographical". https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1955/lamb/biographical/
Feynman, R. P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press.
Bethe, H. A. (1947). "The Electromagnetic Shift of Energy Levels". Physical Review 72(4):339
Lamb, W. E., Retherford, R. C. (1947). "Fine Structure of the Hydrogen Atom". Physical Review 72(3):241-243
蘭姆移位(Lamb Shift)是量子物理學中的一個重要現象,指氫原子中原本在經典理論中簡并的兩個能級(如2S₁/₂和2P₁/₂)實際存在的微小能量差。以下是詳細解釋:
定義與發現
蘭姆移位由美國物理學家威利斯·蘭姆(Willis Lamb)和羅伯特·雷瑟福(Robert Retherford)于1947年通過射頻波譜實驗首次觀測到。這一發現打破了狄拉克方程和薛定谔方程的預言,成為量子電動力學(QED)發展的關鍵證據,蘭姆因此獲得1955年諾貝爾物理學獎。
理論背景
在傳統量子力學中,氫原子的能級僅由主量子數$n$決定,同一$n$不同角量子數$l$的能級應完全簡并。但實驗表明,2S₁/₂($l=0$)和2P₁/₂($l=1$)能級之間存在約$1058 text{MHz}$的能量差。
物理機制
蘭姆移位源于量子真空的零點漲落效應:真空中不斷産生-湮滅的虛光子擾動電子位置,導緻能級修正。這種效應需用量子電動力學(QED)描述,其中電磁場的量子化與電子相互作用重新定義了勢能。
意義與影響
該現象驗證了QED的核心假設,并催生了重整化方法(消除計算中的無窮大量),推動了粒子物理學标準模型的建立。此外,蘭姆移位在精密測量(如原子鐘)和凝聚态物理中也有應用。
公式表示
蘭姆移位的能量差可近似為:
$$
Delta E approx frac{alpha m_e c}{8pi} left( lnfrac{1}{alpha} + text{常數項} right)
$$
其中$alpha$為精細結構常數,$m_e$為電子質量,$c$為光速。
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