Ατομικες κλιμακες ενεργειας

Οι αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στο εσωτερικό των ατόμων εκπέμπουν (ή απορροφούν) διαφορετικά ποσά ενέργειας ανάλογα με το είδος της αλληλεπίδρασης που συμβαίνει. Αυτά τα ποσά ενέργειας συνήθως κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες. 

1) Χοντρική υφή

2) Λεπτή υφή

3) Υπέρλεπτη υφή

Όταν αναφέρουμε Χοντρική υφή ή κάποια από τις άλλες δυο υφές (δλδ λεπτή υφή ή υπέρλεπτη υφή) στην πραγματικότητα εννοούμε μια συγκεκριμένης τάξης μεγέθους ενέργεια στην ατομική κλίμακα.

Στην κατηγορία της Χοντρικής υφής κατατάσσονται οι αλληλεπιδράσεις που εκπέμπουν ή απορροφούν ποσά ενέργειας της τάξης 1-10 eV. Στις αλληλεπιδράσεις χοντρικής υφής περιλαμβάνονται ενέργειες όπως:

i) η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων στις τροχιές που διαγράφουν γύρω από τον πυρήνα

ii) η ενέργεια ηλεκτροστατικής έλξης μεταξύ θετικού πυρήνα και των ηλεκτρονίων

iii) η ενέργεια λόγω απωστικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των ηλεκτρονίων στα άτομα με πολλά ηλεκτρόνια.

Στην κατηγορία της Λεπτής υφής κατατάσσονται οι αλληλεπιδράσεις που εκπέμπουν ή απορροφούν ποσά ενέργειας της τάξης 0,001-0,01 eV. Οι ενέργειες λεπτής υφής οφείλονται:                                     

i) στην αλληλεπίδραση σπιν-τροχιάς.

Η αλληλεπίδραση σπιν-τροχιάς προκαλείται από το εξής φαινόμενο: 

Τα ηλεκτρόνια περιφερόμενα γύρω από τον πυρήνα αποτελούν ρεύματα σε κυκλικό κόμβο. Το ρεύμα ενός κυκλικού κόμβου γνωρίζουμε από τις εξισώσεις του Maxwell ότι δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Στην ατομική κλίμακα τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα που αποτελούν ηλεκτρικά δίπολα τα οποία δημιουργούν με την σειρά τους μαγνητικά δίπολα. Τα μαγνητικά δίπολα δημιουργούν ισχυρά μαγνητικά πεδία. Έτσι το σπιν των ηλεκτρονίων μπορεί να αλληλεπιδράσει με αυτό το εσωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Η αλληλεπίδραση σπιν-τροχιάς δημιουργεί μετατοπίσεις ενέργειας της τάξεως της λεπτής υφής.

Στην κατηγορία της Υπέρλεπτης υφής κατατάσσονται οι αλληλεπιδράσεις που εκπέμπουν ή απορροφούν ποσά ενέργειας της τάξης 0,000001-0,00001 eV. Οι ενέργειες υπέρλεπτης υφής οφείλονται:                                     

i) στην μαγνητική ροπή του πυρήνα που δημιουργείται από το πυρηνικό σπιν όταν αλληλεπιδρά με το εσωτερικό μαγνητικό πεδίο που περιγράψαμε στην λεπτή υφή. 

Όπως τα ηλεκτρόνια έχουν μια  στροφορμή, το σπιν, έτσι και οι πυρήνες έχουν και αυτοί μια  στροφορμή, δηλαδή σπιν. Το συνολικό σπιν κάθε μεμονωμένου στοιχείου στον πυρήνα το ονομάσαμε πυρηνικό σπιν.