原子物理學(xué)

前言

　　This book is primarily intended to accompany an undergraduate coursein atomic physics．It Covers the core material and a selection of more advanced topics that illustrate current research in this field．The firstsix chapters describe the basic principles of atomic structure，startingin Chapter 1 with a review of the classical ideas．Inexritably the dis．cussion of the structure of hydrogen and helium in these early chaptershas considerable overlap with introductory quantum mechanics courses，but an understanding of these simple systems provides the basis for thetreatment of more complex atoms in later chapters．Chapter 7 on theinteraction of radiation with atoms marks the transition between theearlier chapters on structure and the second half of the book which COY．ers 1aser spectroscopy．1aser cooling．Bose-Einstein condensation of di．1ute atomic vapours．matter-wave interferometry and ion trapping．Theexciting new developments in laser cooling and trapping of atoms andBose-Einstein condensation led to Nobel prizes in 1997 and 2001．respec．tively．Some of the other selected topics show the incredible precisionthat has been achiexred by measurements in atomic physics experiments．This theme iS taken up in the final chapter that looks at quantum infor．mation processing from an atomic physics perspective；the techniquesdexeloped for precision measurements on atoms and ions give exquisitecontrol over these quantum systems and enable elegant new ideas fromquantum computation to be implemented．The book assumes a knowledge of quantum mechanics equivalent to anintroductory university course，e．g．the solution of the SchrSdinger equa-tion in three dimensions and perturbation theory．This initial knowledgewill be reinforced by many examples in this book；topics generally re．garded as difficult at the undergraduate level are explained in some de．tail，e．g．degenerate perturbation theory．The hierarchical structure ofatoms is well described by perturbation theory since the difierent layersof structure within atoms have considerably diIrerent energies associatedwith them，and this iS reflected in the names of the gross．fine and hyper．fine structures．In the early chapters of this book，atomic physics mayappear to be simply applied quantum mechanics，i．e．we write down theHamiltonian for a given interaction and solve the SchrSdinger equation.

內(nèi)容概要

　　《原子物理學(xué)》是為高年級本科生“高等原子物理”課撰寫的教材，《原子物理學(xué)》前幾章介紹了原子物理的基本理論，可以使初次接觸本領(lǐng)域的本科生建立基礎(chǔ)，從而幫助他們理解書中內(nèi)容。《原子物理學(xué)》介紹了最新的研究進展及其在玻色-愛因斯坦凝聚物質(zhì)波干涉和利用捕陷離子進行量子計算方面的應(yīng)用。通常的教科書僅強調(diào)原子結(jié)構(gòu)的量子解釋，《原子物理學(xué)》作為補充則重點強調(diào)了理論的實驗基礎(chǔ)，最后幾章尤其如此。《原子物理學(xué)》包括大量習(xí)題，可供教學(xué)使用。　　《原子物理學(xué)》作者為牛津大學(xué)物理系教授christopher Foot。

書籍目錄

1 早期原子物理學(xué)1.1 導(dǎo)引1.2 氫原子光譜1.3 Bohr理論1.4 相對論效應(yīng)1.5 Moseley和原子數(shù)1.6 輻射衰變1.7 愛因斯坦A系數(shù)和B系數(shù)1.8 Zeeman效應(yīng)1.8.1 Zeeman效應(yīng)的實驗觀察1.9 原子單位總結(jié)習(xí)題2 氫原子2.1 Schrodinger方程2.1.1 角向方程的解2.1.2 徑向方程的解2.2 躍遷2.2.1 選擇定則2.2.2 對θ的積分2.2.3 宇稱2.3 精細結(jié)構(gòu)2.3.1 電子的自旋2.3.2 自旋一軌道相互作用2.3.3 氫原子的精細結(jié)構(gòu)2.3.4 Larab位移2.3.5 精細能級之間的躍遷進一步閱讀習(xí)題3 氦原子3.1 氦原子的基態(tài)3.2 氦原子的激發(fā)態(tài)3.2.1 自旋本征態(tài)3.2.2 氦原子中的躍遷3.3 氦原子中的積分估計3.3.1 基態(tài)3.3.2 激發(fā)態(tài)：直接積分3.3.3 激發(fā)態(tài)：交換積分進一步閱讀習(xí)題4 堿金屬4.1 殼層結(jié)構(gòu)和周期表4.2 量子數(shù)虧損4.3 中心場近似4.4 Schr6dinger方程的數(shù)值解4.4.1 自洽解4.5 自旋-軌道相互作用：量子方法4.6 堿金屬的精細結(jié)構(gòu)4.6.1 精細結(jié)構(gòu)躍遷的相對強度進一步閱讀習(xí)題5 L-S耦合方式5.1 LS耦合方式的精細結(jié)構(gòu)5.2 j-j偶合方式5.3 居問耦合：不同耦合方式之間的躍遷5.4 L-S耦合方式的選擇定則5.5 Zeeman效應(yīng)5.6 小結(jié)進一步閱讀習(xí)題6 超精細結(jié)構(gòu)和同位素移位6.1 超精細結(jié)構(gòu)6.1.1 s電子的超精細結(jié)構(gòu)6.1.2 氫微波激射器6.1.3 l≠0時的超精細結(jié)構(gòu)6.1.4 超精細結(jié)構(gòu)與精細結(jié)構(gòu)的比較6.2 同位素移位6.2.1 質(zhì)量效應(yīng)6.2.2 體積移位6.2.3 原子揭示的原子核信息6.3 Zeeman效應(yīng)和超精細結(jié)構(gòu)6.3.2 強場下的Zeeman效應(yīng)，B>A6.3.3 中間部分的場力6.4 超精細結(jié)構(gòu)的測量6.4.1 原子束技術(shù)6.4.2 原子鐘進一步閱讀習(xí)題7　原子與輻射的相互作用7.1 方程的建立7.1.1 振蕩電場的擾動7.1.2 旋波近似7.2 愛因斯坦B系數(shù)7.3 與單色輻射的相互作用7.3.1 兀脈沖與兀／2脈沖7.3.2 Bloch矢量和Bloch球面7.4 Ramsey條紋7.5 輻射阻尼7.5.1 經(jīng)典偶極輻射阻尼7.5.2 光jBloch球面7.6 光吸收截面7.6.1 純輻射展寬截面7.6.2 飽和強度7.6.3 功率展寬7.7 交流Stark效應(yīng)／光頻移7.8 半經(jīng)典理論注解7.9 結(jié)論進一步閱讀習(xí)題8 無Doppler激光光譜8.1 譜線的Doppler展寬8.2 交叉束技術(shù)8.3 飽和吸收光譜8.3.1 飽和吸收光譜的原理8.3.2 飽和吸收光譜的穿越共振8.4 雙光子光譜8.5 激光光譜的校準(zhǔn)8.5.1 相對頻率的校準(zhǔn)8.5.2 絕對校準(zhǔn)8.5.3 光頻梳進一步閱讀習(xí)題9 原子冷卻與捕陷9.1 散射力9.2 減慢原子束9.2.1 啁啾冷卻9.3 光學(xué)黏膠技術(shù)9.3.1 Doppler冷卻的極限9.4 磁光阱9.5 偶極力導(dǎo)論9.6 偶極力理論9.6.1 光學(xué)晶格9.7 Sisyphus冷卻技術(shù)9.7.1 概論9.7.2 Sisyphus冷卻9.7.3 Sisyphus冷卻機制的極限9.8 Raman躍遷9.8.1 Raman躍遷的速度選擇9.8.2 Raman冷卻9.9 原子噴泉9.10 總結(jié)習(xí)題10 磁捕陷、蒸發(fā)冷卻和Bose-Einstein凝聚10.1 磁捕陷的原理10.2 磁捕陷10.2.1 徑向約束10.2.2 軸向約束10.3 蒸發(fā)冷卻10.4 Bose-Einstein凝聚10.5 捕陷原子蒸氣中的Bose-Einstein凝聚10.5.1 散射長度10.6 一種Bose-Einstein凝聚體10.7 Bose凝聚氣體的性質(zhì)10.7.1 聲速10.7.2 消退長度10.7.3 Bose-Einstein凝聚的相干性10.7.4 原子激光11 原子干涉12 離子阱13 量子計算附錄A 微擾理論A.1 微擾理論的數(shù)學(xué)A.2 相近頻率經(jīng)典振子的相互作用附錄B 靜電能的計算附錄C 磁偶極躍遷附錄D 飽和吸收的線形附錄.E Raman躍遷和雙光子躍遷E.1 Raman躍遷E.2 雙光子躍遷附錄F Bose-Einstein凝聚有關(guān)統(tǒng)計力學(xué)知識F.1 光子的統(tǒng)計力學(xué)F.2 Bose-Einstein凝聚F.2.1 諧振阱中的Bose-Einstein凝聚參考文獻索引

編輯推薦

　　一書是本書介紹了最新的研究進展及其在玻色-愛因斯坦凝聚物質(zhì)波干涉和利用捕陷離子進行量子計算方面的應(yīng)用。通常的教科書僅強調(diào)原子結(jié)構(gòu)的量子解釋，本書作為補充則重點強調(diào)了理論的實驗基礎(chǔ)，最后幾章尤其如此。本書適合從事相關(guān)研究工作的人員參考閱讀。

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