原子的超精细结构

原子的超精细结构（ atomic hyperfine structure ），在原子中，由核磁矩与电子磁矩之间的耦合引起的能级和谱线的微小分裂，称为原子的超精细结构。如果原子核的自旋量子数为I，电子总角动量量子数为J，则可以耦合成下列状态：F=I+J，I+J-1，…，｜I-J｜，F称为总角动量量子数。例如，对于23Na，I=3/2，钠原子基态S1/2的J=1/2，因此，可以形成两个超精细能级：F=1及2。对于钠的激发态，也会有超精细能级分裂，但裂距很小。23Na的超精细分裂使其两条精细结构谱线 D1及D2各自又分裂为两条很近的超精细结构谱线。图为23Na能级分裂的情况。又如中性氢21厘米谱线就是中性氢原子在它的超精细结构的子能级之间跃迁形成的。

由于核磁矩远小于电子的自旋磁矩和轨道磁矩，谱线的超精细裂距会远小于精细结构裂距（源于电子的自旋磁矩与轨道磁矩之间的耦合）。例如，对23Na、D1和D2之间的精细结构裂距为6埃，而D1（或D2）的超精细结构裂距则只有0.02埃左右。