эффект Штаркаэффект
Эффект открыл Йоханнес Штарк в 1913 году, наблюдая расщепление линий водорода в сильном электрическом поле (линейный эффект). Вскоре выяснилось, что у большинства атомов расщепление квадратичное и гораздо меньше — его измерили позже. Квантовую теорию линейного эффекта независимо построили Пауль Эпштейн и Карл Шварцшильд в 1916 году на основе старой квантовой теории. Современное объяснение опирается на возмущение вырожденных состояний водорода: из-за сохранения чётности дипольный момент в невырожденном состоянии равен нулю, но при смешивании близких уровней возникает ненулевой сдвиг, пропорциональный полю. Для остальных атомов преобладает квадратичный эффект (индуцированный диполь).
Как работает
В плазме газового разряда или в звёздных атмосферах штарковское уширение спектральных линий позволяет определить концентрацию заряженных частиц. В полупроводниках эффект лежит в основе электроабсорбционных модуляторов, преобразующих электрический сигнал в оптический.
💡 Штарковский эффект от пролетающих заряженных частиц — главная причина уширения спектральных линий в плотной плазме; по этому уширению астрофизики определяют плотность вещества в белых карликах.
\Delta E_{\text{лин}} = \frac{3}{2} e a_0 n (n_1 - n_2) E
ΔE_лин — сдвиг уровня (Дж); e — элементарный заряд, e ≈ 1,6022×10⁻¹⁹ Кл; a_0 — боровский радиус, a_0 ≈ 5,2918×10⁻¹¹ м; n — главное квантовое число; n₁, n₂ — параболические квантовые числа, удовлетворяющие n = n₁ + n₂ + |m| + 1; E — напряжённость внешнего электрического поля (В/м)
\Delta E_{\text{кв}} = -\frac{1}{2} \alpha E^2
ΔE_кв — сдвиг (Дж); α — поляризуемость атома в данном состоянии (Ф·м² или Кл·м²/В, но в СИ α имеет размерность Кл·м²/В ≡ Ф·м²); E — напряжённость поля (В/м). Знак минус означает понижение энергии.