Штарка ефект, розщеплювання спектральних ліній в електричних полях. Відкритий в 1913 Й. Штарком при вивченні спектру атома водню. Спостерігається в спектрах атомів і ін. квантових систем; є результатом зрушення і розщеплювання на підрівні їх рівнів енергії під дією електричних полів (штарковськоє розщеплювання, штарковськие підрівні). Термін «Ш. е.» відносять не лише до розщеплювання спектральних ліній в електричних полях, але і до зрушення і розщеплювання в них рівнів енергії.
Ш. е. був пояснений на основі квантової механіки. Атом (або ін. квантова система) в змозі з певною енергією E набуває в зовнішньому електричному полі E ел доповнить. енергію D E унаслідок полярізуємості його електронної оболонки і виникнення індукованого дипольного моменту. Рівень енергії, якому відповідає один можливий стан атома (невироджений рівень), в полі E ел матиме енергію E + D E , тобто зміститься. Різні стани виродженого рівня енергії можуть придбати різні додаткові енергії D E а (а = 1, 2..., g де g — міра звиродніння рівня; див.(дивися) Атом ) . В результаті вироджений рівень розщеплюється на штарковськие підрівні, число яких дорівнює числу різних значень D E а . Так, рівень енергії атома із заданим значенням моменту кількості руху ( h — Планка постійна, J = 0, 1, 2..., квантове число повного моменту кількості руху) розщеплюється в електричному поле на підрівні, що характеризуються різними значеннями магнітного квантового числа m J ; (що визначає величину проекції моменту М-коду на напрям електричного поля), причому значенням - m J і + m J відповідає однакова доповнить. енергія D E , тому всі штарковськие підрівні (окрім підрівня з m = 0) виявляються двічі виродженими (на відміну від розщеплювання в магнітному поле, де всі підрівні не вироджені; див.(дивися) Зеемана ефект ) .
Розрізняють лінійний Ш. е., коли D E пропорційно E ел ( мал. 1 ), і квадратичний Ш. е., коли D E пропорційно ( мал. 2 ). У першому випадку картина розщеплювання рівнів енергії і виходять при переходах між ними спектральних ліній симетрична, в другому ¾ несиметрична.
Лінійний Ш. е. характерний для водню в не дуже сильних полях (у полях ~10 4 в/см він складає тисячні долі ев ) . Рівень енергії атома водню із заданим значенням головного квантового числа n симетрично розщеплюється на 2 n — 1 рівновіддалених підрівнів (мал. 1 відповідає n = 3, 2 n — 1= 5). Компоненти розщепнулася в полі E спектральної лінії поляризовані. Якщо E орієнтоване перпендикулярно до спостерігача, то частина компонент поляризована подовжньо (p-компоненти), останні — поперечний (s-компоненти). При спостереженні уздовж напряму поля p-компоненти не з'являються, а на місці s-компонент виникають неполяризовані компоненти. Інтенсивності різних компонент різні. На мал.(малюнок) 3 показано розщеплювання в результаті Ш. е. спектральній лінії водню Н а (головній лінії Бальмера серії ) .
Лінійний Ш. е. спостерігається також у водородоподобних атомах (Не+, Li 2 +, B 3 +,...) і для сильно збуджених рівнів ін. атомів (у ряді випадків Ш. е. приводить до появи заборонених ліній ) . Типовим для багатоелектронних атомів є квадратичний Ш. е. з асиметричною картиною розщеплювання. Величина квадратичного ефекту невелика (у полях ~10 5 в/см розщеплювання складає десятитисячні долі ев ). Для досить симетричних молекул, що володіють постійним дипольним моментом, характерний лінійний Ш. е. У ін. випадках зазвичай спостерігається квадратичний Ш. е.
Важливий випадок Ш. е. — розщеплювання електронних рівнів енергії іона в кристалічній решітці під дією внутрішньокристалічного поля E kp , що створюється навколишніми іонами. Воно може досягати сотих доль ев , враховується в спектроскопії кристалів і істотно для роботи квантових підсилювачів.
Ш. е. спостерігається і в змінних електричних полях. Зміна положення штарковських підрівнів в змінному полі E може бути використане для зміни частоти квантового переходу в квантових пристроях (штарковськая модуляція, див.(дивися), наприклад, Мікрохвильова спектроскопія ) .
Вплив бистропеременного електричного поля на рівні енергії атомів (іонів) визначає, зокрема, штарковськоє розширення спектральних ліній в плазмі. Рух часток плазми і пов'язана з цим зміна відстаней між ними приводить до швидких змін електричного поля біля кожної випромінюючої частки. В результаті енергетичні рівні атомів (іонів), розщеплюючись, зміщуються на неоднакову величину, що і приводить до розширення спектральних ліній в спектрах випромінювання плазми. Штарковськоє розширення дозволяє оцінити концентрацію заряджених часток в плазмі (наприклад, в атмосферах зірок).
Літ.: Ельяшевіч М. А., Атомна і молекулярна спектроскопія, М., 1962; Фріш С. Е., Оптичні спектри атомів, М.— Л., 1963; Таунс Ч., Шавлов А., Радіоспектроскопія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1959.
