Un conjunto de pequeñas divisiones de los niveles de energía electrónicos atómicos que surgen principalmente de correcciones relativistas al movimiento del electrón y del acoplamiento espín–órbita; se observan como componentes de líneas espectrales muy cercanas más allá de la predicción no relativista de Schrödinger.

Principio

Los desplazamientos de niveles de energía son generados por términos adicionales en el Hamiltoniano atómico — correcciones relativistas de la energía cinética, la interacción espín–órbita y el término de Darwin — que levantan degeneraciones previstas por el modelo central no relativista.

Demostración

En el hidrógeno el manifold n=2 se divide en los estados 2S1/2, 2P1/2 y 2P3/2 con separaciones de frecuencia medibles determinadas por el acoplamiento espín–órbita y correcciones relativistas; estas divisiones explican la estructura fina de los multipletes en los espectros visibles y ultravioletas de átomos ligeros.

Aplicación incorrecta

Atribuir la división observada únicamente a interacciones magnéticas con el núcleo (estructura hiperfina) o a correcciones radiativas de QED (desplazamiento de Lamb) sin separar los mecanismos contribuyentes.

Consecuencia

Una teoría correcta de la estructura fina proporciona energías de transición ajustadas, modifica ligeramente las reglas de selección mediante mezcla de estados y es necesaria para espectroscopía atómica precisa y para probar modelos atómicos relativistas y de muchos cuerpos.

Inversión

Descuidar los términos relativistas y dependientes del espín restaura la mayor degeneración de niveles prevista por el potencial central no relativista, eliminando las separaciones finas de multipletes.

Límite

Se aplica a correcciones internas de niveles electrónicos en átomos e iones causadas por el movimiento y el espín del electrón; excluye las divisiones hiperfinas por momentos nucleares, los desplazamientos isotópicos por masa/volumen nuclear y los desplazamientos radiativos puramente QED (desplazamiento de Lamb), aunque estos pueden ser comparables en magnitud y deben distinguirse experimentalmente.

Tensión semántica

A menudo se confunde con la estructura hiperfina y el desplazamiento de Lamb porque todas producen pequeños desplazamientos de energía; la tensión semántica es determinar si una división observada está dominada por efectos relativistas espín–órbita (fina) o por efectos nucleares o QED (hiperfina, radiativo).

Síntesis

La estructura fina es el conjunto de correcciones relativistas y dependientes del espín a los niveles electrónicos que rompe las degeneraciones no relativistas y produce los multipletes estrechamente espaciados observados en los espectros atómicos.