Эффект Штарка

Эффе́кт Шта́рка, сдвиг и расщепление энергетических уровней квантовых систем (атомов или молекул) под действием электрического поля. Открыт Й. Штарком в 1913 г. при изучении спектра атома водорода. Различают линейный и квадратичный эффект Штарка, а также эффект Штарка в постоянном электрическом поле и переменном. Физическая причина эффекта Штарка – взаимодействие с электрическим полем дипольного (квадрупольного) момента атома или молекулы. Т. н. штарковское расщепление энергетических уровней вызвано понижением (под действием электрического поля) симметрии квантовой системы от сферической до аксиальной, что приводит к зависимости энергии уровня от магнитного квантового числа. Как правило, энергия взаимодействия атома с электрическим полем пропорциональна квадрату напряжённости поля (квадратичный эффект Штарка). Линейный эффект Штарка (энергия прямо пропорциональна напряжённости поля) наблюдается в атоме водорода и водородоподобных ионах. В спектроскопии кристаллов важную роль играет штарковское расщепление уровней энергии иона под действием внутрикристаллического поля, создаваемого окружающими ионами.

Штарковское расщепление уровней при напряжённости электрического поля, достижимой в лабораторных условиях, обычно малó по сравнению с шириной спектральных линий. Поэтому при исследовании эффекта Штарка чаще всего регистрируют лишь суммарный сдвиг спектральной линии под действием электрического поля. Уширение спектральных линий ридберговских серий, излучаемых атомами и ионами плазмы, обусловлено эффектом Штарка, возникающим при взаимодействии излучателей с микрополем плазмы. Анализ этого уширения – эффективное средство диагностики плотности плазмы.

В случае возмущения квантовых систем переменным по времени электрическим полем детальный анализ гармонического возмущения (имеющего важное значение для понимания взаимодействия лазерного излучения со средой) обнаруживает возникновение в спектре поглощения комбинационных компонент, отстоящих от пика поглощения на величину, кратную частоте возмущения.