**بنية فائقة الدقة** (hyperfine structure) في فيزياء الذرة هو انقسام طفيف جدا في المدار الإلكتروني الأول حول نواة الذرة ناتج عن ترابط بين العزم المغزلي للإلكترون مع العزم المغزلي للنواة. يمكن للعزم المغزلي للإلكترون أن يكون متوازيا مع العزم المغزلي للنواة، أو أن يكونا معكوسان. كل حالة منهما تكون مقترنة بمستوى للطاقة معين. وعندما ينتقل الإلكترون من الحالة ذات الطاقة العالية إلى الحالة ذات طاقة منخفضة فهو يبعث فرق الطاقتين في هيئة شعاع ضوئي يسمى فوتون.

انقسام بنية فائقة الدقة لمستويات الطاقة لذرة الهيدروجين (مقياس رسم اختياري للتوضيح) [انظر رمز تعبير].
مقدار انفصال خطوط الطيف الناشئة عن البنية فائقة الدقة هي أصغر نحو 2000 مرة من الانفصال الناشيء عن البنية الدقيقة. الفرق بين الانفصالين هو ان انفصال البنية الدقيقة سببه ثلاثة مؤثرات، وهي: تأثير يأخد في الحسبان السرعة العالية للإلكترون في مداره وهي سرعة مقاربة ل سرعة الضوء (تعديل النسبية)، وتأثير ناتج عن ترابط مغزلي مداري للإلكترون، وتعديل في طاقة الوضع للإلكترون في المجال الكهربي للنواة (انظر هيكل دقيق). أما البنية فائقة الدقة فهي تأخذ في الحسبان علاوة على ذلك تآثر العزم المغزلي المغناطيسي للإلكترون مع العزم المغزلي المغناطيسي لنواة الذرة. كما أن لأنوية النظائر المختلفة (عدد البروتونات والنيوترونات) تأثير بهذا القدر الصغير.

الشكل المبين يوضح مستويي الطاقة الأولين لذرة الهيدروجين (إلى اليسار)، حيث n = 1 و n=2 طبقا لنموذج بور. وفي الوسط يبدو انفصال مستويي الطاقة ل n = 1 و n=2 بسبب تأثير البنية الدقيقة، وإلى اليمين يوضح الشكل انقسامات مستويات الطاقة المتعلقة بالبنية فائقة الدقة. تتوافق تلك التوزيعات في طاقة الإلكترون في ذرة الهيدروجين مع ما نقيسه من توزيع لخطوط طيف الهيدروجين. وكانت ذرة الهيدروجين هي محط اهتمام الفيزيائيين خلال النصف الأول من القرن العشرين حيث أنها أبسط الذرات. ونجحوا في تفسيرها بواسطة ميكانيكا الكم تفسيرا كاملا، الشيء الذي فشل في حله الميكانيكا الكلاسيكية، واستطاعوا حساب كل تلك المستويات للطاقة، وحساب الانتقالات بينها وما ليس مسموحا منها للانتقال الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة لذرة الهيدروجين.

تأثير العزم المغزلي للنواة
--------------------------

يقصد بالبنية فائقة الدقة انفصال مستويات الطاقة في الذرة {\displaystyle V\_{\mathrm {HFS} }}
- بالمقارنة بمستويات طاقة البنية الدقيقة niveaus of fine structure - حيث أن البنية فائقة الدقة تاخذ في الحسبان الترابط بين العزم المغناطيسي للنواة
{\displaystyle {\vec {\mu }}\_{I}} مع المجال المغناطيسي {\displaystyle {\vec {B}}\_{J}} الذي يولده الإلكترون:

{\displaystyle \Delta V\_{\mathrm {HFS} }=-{\vec {\mu }}\_{I}\cdot {\vec {B}}\_{J}}
حيث:

* {\displaystyle I}: العزم المغزلي المغناطيسي للنواة،
* {\displaystyle J}: عزم مداري للإلكترون في الغلاف الذري.

وأكبر انفصال يبينه الإلكترون في انفصال البنية فائقة الدقة هو انفصال الحالة s ، حيث أنها أقرب «مدارات» الإلكترون إلى النواة.

### الصيغة الرياضية وثابت البنية فائقة الدقة

تؤدي التشابك إلى أن عزم الدوران الكلي {\displaystyle {\vec {F}}} للذرة يكون كموميا، حيث أنه يتكون من مجموع الزخم الزاوي للإلكترون {\displaystyle {\vec {J}}} والعزم المغزلي للنواة {\displaystyle {\vec {I}}} , وكلاهما كموميان:

{\displaystyle |{\vec {F}}|=\hbar {\sqrt {F(F+1)}}=|{\vec {J}}+{\vec {I}}|.}
يمكن أن يتخذ عدد الكم F قيمة 1/2 أو قيمة عدد صحيح، فهو يتخذ القيم من
{\displaystyle \{|J-I|,\dots ,J+I\}}

وتعطى طاقة التأثير المتبادل بالمعادلة:

{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta V\_{\mathrm {HFS} }&=-{\vec {\mu }}\_{I}\cdot {\vec {B}}\_{J}\\&=g\_{I}\cdot \mu \_{\mathrm {K} }\cdot B\_{J}\,{\frac {F(F+1)-[J(J+1)+I(I+1)]}{2{\sqrt {J(J+1)}}}}\\&={\frac {A}{2}}\,\langle F(F+1)-[J(J+1)+I(I+1)]\rangle .\end{aligned}}}
حيث:

* {\displaystyle g\_{I}} معامل لاندي للنواة
* {\displaystyle \mu \_{\mathrm {K} }={\frac {e\hbar }{2m\_{\mathrm {P} }}}} مغنطون النواة
	+ e الشحنة الأولية
	+ \hbar  ثابت بلانك المخفض،
	+ {\displaystyle m\_{P}} كتلة البروتون
* {\displaystyle A={\frac {g\_{I}\mu \_{k}B\_{J}}{\sqrt {J(J+1)}}}}. .. .. **ثابت البنية فائقة الدقة** .

والعلاقة بين العزم المغناطيسي والعزم الزاوي للنواة تعطى بالمعادلة:

{\displaystyle {\vec {\mu }}\_{I}={\frac {g\_{I}\mu \_{\mathrm {K} }}{\hbar }}{\vec {I}}.}
لتعيين *V*HFS تلزم معرفة كلا من *g*I و *B*J. ويمكن تعيين
*g*I بقياس رنين العزم المغزلي للنواة، ويمكن تعيين *B*J من الدالة الموجية للإلكترون، مع العلم بأنها تُحسب بطرق الحساب العددية للذرات ذات عدد ذري أكبر من 1.

### تطبيقات

تستغل النتقالات الإلكترون بين حالات البنية فائقة الدقة في اختراع الساعات الذرية، ذلك لأن ترددها ثابت - مثل باقي الانتقالات في الذرة. كما يمكن توليدهها بطرق بسيطة وهي دقيقة جدا ويمكن قياسها بسهولة، حيث أنها في نطاق الموجات الراديوية أو في نطاق ميكروويف.

يبلغ تردد الانتقال في المستوى القاعي ل ذرة الهيدروجين بين F*=1*  و F=0 (وهو ما يسمى Spin-Flip) نحو 1,420 جيجا هرتز، أي طول موجة 21 سنتيمتر. هذا الخط الطيفي الذي يسمى خط الهيدروجين أو خط HI-Line هام جدا في الرصد الفلكي حيث تستخدم تلسكوبات راديوية عديدة وكبيرة للتعرف على أماكن تجمعات سحب للهيدروجين في الكون. وعن طريق قياس انزياح دوبلر لهذا الخط يمكن معرفة حركة الغاز بين النجمي بالنسبة للأرض.

### البنية فائقة الدقة للجزيئات

تدرس البنية فائقة الدقة للجزيئات من الوجهة النظرية بواسطة هاميلتوني يشمل الأجزاء التي نتجت من حالة الذرة، مع الأخذ في الحسبان ثنائي قطب معناطيسي لكل من الأنوية التي تكون لها {\displaystyle \scriptstyle {I>0}} بالإضافة إلى رباعي أقطاب كهربي لكل نواة لها
{\displaystyle \scriptstyle {I\geq 1}}. وكان العالمان «فروش» و «فولي» أول من قام بحساب نصيب القطب الثنائي المغناطيسي في حالة الجزيئات ثنائية الذرات.

ويسمى ما نتج عن حساباتهم لإحداثيات البنية فائقة الدقة، تسمى «إحداثيات فروش وفولي».

اقرأ أيضا
---------

* بنية دقيقة
* ذرة الهيدروجين
* خط هيدروجين
* ميكانيكا الكم
* معادلة شرودنغر
* نموذج بور
* خطوط طيف الهيدروجين
* ترابط مغزلي مداري
* رمز تعبير

المراجع
-------

1. ↑  Frosch and Foley؛ Foley، H. (1952). "Magnetic hyperfine structure in diatomics". *فيزيكال ريفيو*. ج. 88 ع. 6: 1337–1349. Bibcode:1952PhRv...88.1337F. DOI:10.1103/PhysRev.88.1337.

|  |
| --- |
| **بنية فائقة الدقة** في المشاريع الشقيقة: |
|  | 
* صور وملفات صوتية من كومنز.
 |


| * ع
* ن
* ت
ميكانيكا الكم |
| --- |
| خلفية | 
* مقدمة
* تاريخ
	+ جدول زمني
* ميكانيكا تقليدية
* نظرية الكم القديمة
* معجم

 |
| أساسيات | 
* قاعدة بورن
* رمز براكيت
* مكاملة
* مصفوفة الكثافة
* مستوى طاقة
	+ حالة قاعية
	+ حالة مثارة
	+ مستويات الانفطار
	+ طاقة النقطة-صفر
* تشابك
* هاملتوني
* تداخل
* إزالة الترابط
* القياس
* غير موضعي
* حالة كمومية
* تراكب كمي
* نفق
* نظرية التشتت
* التناظر في ميكانيكا الكم
* الريبة
* دالة موجية
	+ انهيار
	+ ازدواجية موجة-جسيم

 |
| صيغ | 
* صياغة رياضية
* هايزنبرغ
* التآثر
* ميكانيكا المصفوفة
* شرودنغر
* صيغة تكامل المسار
* فضاء الطور

 |
| معادلات | 
* ديراك
* كلاين-غوردون
* باولي
* ريدبرغ
* شرودنغر

 |
| تفسيرات | 
* تفسيرات
* بيشان
* التواريخ المتوافقة
* كوبنهاغن
* دي بروي-بوم
* فرقة
* المتغير الخفي
	+ المحلي
* العوالم المتعددة
* انهيار موضوعي
* منطق كمومي
* العلائقي
* المعاملات
* فون نيومان-ويغنر

 |
| تجارب | 
* عدم مساواة بيل
* دافيسون-جيرمر
* ممحاة الكم للاختيار المتأخر
* شقي يونغ
* فرانك-هرتز
* مقياس التداخل ماخ–زيندر
* إليزور-فايدمان
* بوبر
* الممحاة الكمومية
* شتيرن-غيرلاخ
* الاختيار المتأخر لويلر

 |
| علوم | 
* علم الأحياء الكمومي
* كيمياء الكم
* شواشية كمومية
* علم الكون الكمي
* حساب التفاضل الكمي
* ديناميكا الكم
* هندسة كمية
* معضلة القياس الكمي
* حساب التفاضل والتكامل العشوائي الكمي
* زمكان كمي

 |
| تقانة | 
* خوارزمية الكم
* مضخم كمي
* ناقل كمومي
* أتمتة خلوية كمية
	+ أتمتة محدودة كمية
* قناة كمية
* دائرة كمومية
* نظرية التعقيد الكمومي
* حساب كمومي
	+ جدول زمني
* تشفير كمومي
* إلكترونيات الكم
* تصحيح الخطأ الكمي
* تصوير كمي
* معالجة الصور الكمومية
* معلومات كمومية
* تعمية كمومية
* منطق كمومي
* بوابة منطق كمي
* آلة كمية
* التعلم الآلي الكمي
* مادة خارقة كمية
* علم القياس الكمي
* شبكة كمية
* شبكة عصبية كمية
* بصريات الكم
* برمجة كمومية
* استشعار كمي
* محاكاة كمية
* انتقال آني كمي

 |
| ملحقات | 
* تأثير كازيمير
* ميكانيكا الإحصاء الكمومي
* نظرية الحقل الكمومي
	+ تاريخ
* جاذبية كمية
* ميكانيكا الكم النسبية

 |
| متعلق | 
* قطة شرودنغر
	+ في الثقافة الشعبية
* تصوف كمي

 |
|  **التصنيف** •   **البوابة** •   **كومنز** |


|  |  |
| --- | --- |
| ضبط استنادي: وطنية عدلها في ويكي بيانات | 
* الملف الاستنادي المتكامِل (GND)
* المعرف NDL لـ 00573594 غير صحيح.

 |

* أيقونة بوابةبوابة الفيزياء
* أيقونة بوابةبوابة الكيمياء