原子物理学

1早期原子物理学

1．1导引

1．2氢原子光谱

1．3Bohr理论

1．4相对论效应

1．5Moseley和原子数

1．6辐射衰变

1．7爱因斯坦A系数和B系数

1．8Zeeman效应

1．8．1Zeeman效应的实验观察

1．9原子单位总结

习题

2氢原子

2．1Schrodinger方程

2．1．1角向方程的解

2．1．2径向方程的解

2．2跃迁

2．2．1选择定则

2．2．2对■的积分

2．2．3宇称

2．3精细结构

2．3．1电子的自旋

2．3．2自旋一轨道相互作用

2．3．3氢原子的精细结构

2．3．4Larab位移

2．3．5精细能级之间的跃迁

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习题

3氦原子

3．1氦原子的基态

3．2氦原子的激发态

3．2．1自旋本征态

3．2．2氦原子中的跃迁

3．3氦原子中的积分估计

3．3．1基态

3．3．2激发态：直接积分

3．3．3激发态：交换积分

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习题

4碱金属

4．1壳层结构和周期表

4．2量子数亏损

4．3中心场近似

4．4Schr6dinger方程的数值解

4．4．1自洽解

4．5自旋-轨道相互作用：量子方法

4．6碱金属的精细结构

4．6．1精细结构跃迁的相对强度

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习题

5L-S耦合方式

5．1LS耦合方式的精细结构

5．2■偶合方式

5．3居问耦合：不同耦合方式之间的跃迁

5．4L-S耦合方式的选择定则

5．5Zeeman效应

5．6小结

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习题

6超精细结构和同位素移位

6．1超精细结构

6．1．1s电子的超精细结构

6．1．2氢微波激射器

6．1．3z≠0时的超精细结构

6．1．4超精细结构与精细结构的比较

6．2同位素移位

6．2．1质量效应

6．2．2体积移位

6．2．3原子揭示的原子核信息

6．3Zeeman效应和超精细结构

6．3．1弱场下的Zeeman效应■B6．3．2强场下的Zeeman效应■B>A

6．3．3中间部分的场力

6．4超精细结构的测量

6．4．1原子束技术

6．4．2原子钟

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习题

7原子与辐射的相互作用

7．1方程的建立

7．1．1振荡电场的扰动

7．1．2旋波近似

7．2爱因斯坦B系数

7．3与单色辐射的相互作用

7．3．1π脉冲与π／2脉冲

7．3．2Bloch矢量和Bloch球面

7．4Ramsey条纹

7．5辐射阻尼

7．5．1经典偶极辐射阻尼

7．5．2光Bloch球面

7．6光吸收截面

7．6．1纯辐射展宽截面

7．6．2饱和强度

7．6．3功率展宽

7．7交流Stark效应／光频移

7．8半经典理论注解

7．9结论

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习题

8无Doppler激光光谱

8．1谱线的Doppler展宽

8．2交叉束技术

8．3饱和吸收光谱

8．3．1饱和吸收光谱的原理

8．3．2饱和吸收光谱的穿越共振

8．4双光子光谱

8．5激光光谱的校准

8．5．1相对频率的校准

8．5．2绝对校准

8．5．3光频梳

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习题

9原子冷却与捕陷

9．1散射力

9．2减慢原子束

9．2．1啁啾冷却

9．3光学黏胶技术

9．3．1Doppler冷却的极限

9．4磁光阱

9．5偶极力导论

9．6偶极力理论

9．6．1光学晶格

9．7SisyphtJs冷却技术

9．7．1概论

9．7．2Sisyphus冷却

9．7．3Sisyphus冷却机制的极限

9．8Raman跃迁

9．8．1Raman跃迁的速度选择

9．8．2Raman冷却

9．9原子喷泉

9．10总结

习题

10磁捕陷、蒸发冷却和Bose-Einstein凝聚

10．1磁捕陷的原理

10．2磁捕陷

10．2．1径向约束

10．2．2轴向约束

10．3蒸发冷却

10．4BoseEinstein凝聚

10．5捕陷原子蒸气中的BoseEinstein凝聚

10．5．1散射长度

10．6一种BoseEinstein凝聚体

10．7Bose凝聚气体的性质

10．7．1声速

10．7．2消退长度

10．7．3BoseEinstein凝聚的相干性

10．7．4原子激光

10．8总结

习题

11原子干涉

11．1杨氏双缝实验

11．2原子的衍射光栅

11．3三光栅干涉仪

11．4旋转的测量

11．5光对原子的衍射

11．5．1Raman跃迁干涉测量技术

11．6总结

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习题

12离子阱

12．1电场中离子的受力

12．2Earnshaw定理

12．3Paul阱

12．3．1旋转马鞍上小球的平衡

12．3．2交流场中的有效势

12．3．3线性Paul阱

12．4缓冲气冷却

12．5激光冷却捕陷离子

12．6量子跳跃

12．7Penning阱和Paul阱

12．7．1Penning阱

12．7．2离子的质谱

12．7．3电子的反常磁矩

12．8电子束离子阱

12．9解析侧带冷却

12．10离子阱总结

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习题

13量子计算

13．1量子比特及其性质

13．1．1纠缠

13．2量子逻辑门

13．2．1设计CNOT门

13．3量子并行算法

13．4量子计算机综述

13．5退相干和量子纠错

13．6总结

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习题

附录A微扰理论

A．1微扰理论的数学

A．2相近频率经典振子的相互作用

附录B静电能的计算

附录C磁偶极跃迁

附录D饱和吸收的线形

附录．ERaman跃迁和双光子跃迁

E．1Raman跃迁

E．2双光子跃迁

附录FBose-Einstein凝聚有关统计力学知识

F．1光子的统计力学

F．2Bose-Einstein凝聚

F．2．1谐振阱中的Bose-Einstein凝聚

参考文献

索引

　　《原子物理学》一书是本书介绍了最新的研究进展及其在玻色-爱因斯坦凝聚物质波干涉和利用捕陷离子进行量子计算方面的应用。通常的教科书仅强调原子结构的量子解释，本书作为补充则重点强调了理论的实验基础，最后几章尤其如此。本书适合从事相关研究工作的人员参考阅读。　　本书是为高年级本科生“高等原子物理”课撰写的教材，本书前几章介绍了原子物理的基本理论，可以使初次接触本领域的本科生建立基础，从而帮助他们理解书中内容。本书介绍了最新的研究进展及其在玻色-爱因斯坦凝聚物质波干涉和利用捕陷离子进行量子计算方面的应用。通常的教科书仅强调原子结构的量子解释，本书作为补充则重点强调了理论的实验基础，最后几章尤其如此。本书包括大量习题，可供教学使用。　　本书作者为牛津大学物理系教授christopherFoot。