Une série de petits éclatements des niveaux d'énergie électroniques atomiques résultant principalement des corrections relativistes au mouvement de l'électron et du couplage spin–orbite ; observés comme des composantes de raies spectrales très proches au-delà de la prédiction non relativiste de Schrödinger.

Principe

Les déplacements de niveaux sont engendrés par des termes additionnels dans l'hamiltonien atomique — corrections relativistes de l'énergie cinétique, interaction spin–orbite et terme de Darwin — qui lèvent les dégénérescences prévues par le modèle central non relativiste.

Démonstration

Dans l'hydrogène, le manifold n=2 se scinde en états 2S1/2, 2P1/2 et 2P3/2 avec des séparations en fréquence mesurables déterminées par le couplage spin–orbite et les corrections relativistes ; ces séparations expliquent la structure fine des multiplets dans les spectres visibles et ultraviolets des atomes légers.

Mauvaise application

Attribuer le fractionnement observé uniquement à des interactions magnétiques avec le noyau (structure hyperfine) ou à des corrections radiatives relativistes quantiques (décalage de Lamb) sans séparer les mécanismes contributifs.

Conséquence

Une théorie correcte de la structure fine fournit des énergies de transition ajustées, modifie légèrement les règles de sélection par mélange d'états, et est nécessaire pour une spectroscopie atomique précise et pour tester les modèles atomiques relativistes et à plusieurs corps.

Inversion

Négliger les termes relativistes et dépendant du spin restaure la dégénérescence supérieure des niveaux prévue par le potentiel central non relativiste, éliminant les séparations fines des multiplets.

Limite

S'applique aux corrections internes des niveaux électroniques dans les atomes et ions causées par le mouvement et le spin de l'électron ; exclut les fractionnements hyperfins dus aux moments nucléaires, les décalages isotopiques dus à la masse/au volume nucléaire, et les décalages radiatifs purement QED (décalage de Lamb), bien que ceux-ci puissent être comparables en amplitude et doivent être distingués expérimentalement.

Tension sémantique

Souvent confondue avec la structure hyperfine et le décalage de Lamb car toutes produisent de petits décalages d'énergie ; la tension porte sur la question de savoir si un fractionnement observé est dominé par des effets relativistes spin–orbite (fin) ou par des effets nucléaires ou QED (hyperfine, radiatif).

Synthèse

La structure fine est l'ensemble des corrections relativistes et dépendantes du spin aux niveaux d'énergie électroniques qui brisent les dégénérescences non relativistes et produisent les multiplets spectroscopiques étroitement espacés observés dans les spectres atomiques.