Effetto Stark: la separazione delle linee spettrali
L’effetto Stark è un fenomeno che comporta lo spostamento dei livelli di energia atomici a causa di un campo elettrico esterno, portando alla separazione delle linee spettrali di atomi e molecole. Questo effetto è analogo all’effetto Zeeman, che provoca la separazione delle linee spettrali grazie a un campo magnetico esterno.
Il grado di variazione dell’effetto Stark può essere di primo o secondo ordine, a seconda se la sua entità varia linearmente o quadraticamente in base al campo elettrico applicato. Questo fenomeno, scoperto per la prima volta nel 1913 dal fisico tedesco Johannes Stark sull’atomo di idrogeno, è osservabile sia nelle righe di emissione che in quelle di assorbimento.
Oggi l’effetto è noto come effetto Stark-Lo Surdo, in onore della scoperta simultanea effettuata dal fisico italiano Antonino Lo Surdo nello stesso anno. Per la sua importanza, Johannes Stark fu insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 1919.
Atomo di idrogeno e impatto dell’effetto Stark
Per spiegare il fenomeno, si applica la teoria delle perturbazioni, che consiste nel trovare soluzioni approssimative partendo da problemi correlati più semplici. L’effetto Stark manifesta uno spostamento del livello di energia quando un campo elettrico esterno viene applicato all’atomo di idrogeno che possiede un momento di dipolo elettrico dovuto alle cariche positive del protone e negative dell’elettrone.
L’hamiltoniana perturbativa viene definita dal prodotto scalare tra il momento di dipolo elettrico e il campo elettrico esterno, comportando uno spostamento dei livelli energetici in presenza di tale campo. Questo spostamento è influenzato dalla densità di probabilità della funzione d’onda dell’atomo di idrogeno quando sottoposto al campo elettrico.
Analisi dei spettri atomici
La scissione dei livelli di energia causata dall’effetto Stark avviene quando il campo elettrico polarizza l’atomo e interagisce con il momento di dipolo risultante. Tale momento dipende da Mj, riflettendo uno splitting proporzionale ai numeri quantici J+1 o J+1/2, per spin interi e semi-interi rispettivamente.
L’effetto Stark ha un ruolo significativo nell’analisi degli spettri atomici, in particolare per quelli rotazionali molecolari che permettono misurazioni precise delle energie di transizione tra gli stati rotazionali quantizzati delle molecole gassose.
