Hy|per|fein|struk|tur 〈f. 20; Kernphys.〉 zusätzliche Aufspaltung der Spektrallinien aufgrund der Wechselwirkung der Elektronen mit dem Kern des Atoms
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Hy|per|fein|struk|tur; Abk.: HFS: bei Spektrallinien über die übliche Feinstruktur (↑ Spektroskopie) hinausgehende Aufspaltung, die auf die schwachen Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld der Elektronenhülle einerseits u. den magnetischen Dipol- u. den elektr. Quadrupolmoment des Kerns andererseits zurückgeht. Die Zahl der separierbaren Linien der HFS spiegelt die Zahl der vorhandenen Isotope wider.
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Hyperfeinstruktur,
Abkürzung Hfs, ursprünglich Bezeichnung für die Aufspaltung atomarer und molekularer Spektrallinien, die nur mit Spektralapparaten höchsten Auflösungsvermögens (besser als 105) nachzuweisen und (im Gegensatz zur Feinstruktur) nicht allein mit den Freiheitsgraden der Elektronenhülle zu erklären ist. Die Hyperfeinstruktur der Linien beruht einerseits auf der Isotopie der Elemente, andererseits auf der Wechselwirkung der Elektronen mit Kernmomenten (magnetischer Dipol- und elektrischer Quadrupolmoment). Im engeren Sinn wird unter Hyperfeinstruktur heute hauptsächlich die auf dieser Wechselwirkung beruhende Aufspaltung (Multiplizität) der Terme verstanden. Ein bekanntes Beispiel für aus der Termmultiplizität folgende Linienmultipletts ist die Na-D-Linie (bei 589,3 nm), deren beide Feinstrukturkomponenten (Abstand 0,597 nm) in je ein Hyperfeinstrukturdublett mit einem Abstand von 0,0023 nm beziehungsweise 0,0021 nm aufspalten. Meistens ist die Hyperfeinstruktur auf einen Kernspin I (und das dazugehörige magnetische Dipolmoment) zurückzuführen, der mit dem Drehimpuls der Hülle zum Gesamtdrehimpuls F = I + J koppelt, dessen Quadrat die Größe F (F + 1) h̶2 hat. Die Quantenzahl F (Hyperfeinstrukturquantenzahl) kann hierbei alle Werte zwischen |I - J| und I + J annehmen, die sich um 1 unterscheiden (I und J sind die Quantenzahlen der Drehimpulse I und J). Die auf den unterschiedlichen magnetischen Kopplungsenergien beruhende Hyperfeinstruktur-Termaufspaltung gehorcht, wie die Feinstruktur, der landéschen Intervallregel, ist aber wegen des kleineren Wertes des Kernmagnetons (Magneton) viel kleiner als diese. Die Kopplungskonstante a der magnetischen Hyperfeinstruktur-Wechselwirkungsenergie HHfs = aI · J (Hyperfeinstrukturkonstante) ist für den Grundzustand des Wasserstoffatoms mithilfe des Wasserstoffmasers auf 10-9 genau gemessen worden; sie gehört zu den am genauesten bekannten Größen überhaupt.
Hyperfeinstrukturmessungen dienen v. a. zur Bestimmung von Kernmomenten und von Elektronenverteilungen in Atomen und Molekülen. Für die Radioastronomie hat der hochgradig verbotene Übergang (verbotene Linien; die mittlere Lebensdauer des höheren Zustands beträgt 11 Mio. Jahre) zwischen den beiden Grundzustands-Hyperfeinstrukturniveaus des Wasserstoffs eine besondere Bedeutung erlangt (Einundzwanzig-Zentimeter-Linie).
Universal-Lexikon. 2012.