シュタルク効果のソースを表示

{{出典の明記|date=2015年7月}}
'''シュタルク効果'''（{{lang-en-short|Stark effect}}）とは、[[原子]]や[[分子]]に一様な外部[[電場]]をかけた時に、[[スペクトル]]が変化する現象のこと。[[原子]]などの[[エネルギー準位]]が分裂するために、[[スペクトル]]に[[サテライト線]]が現れる。原子に磁場をかけた時に生じるスペクトルの分裂は[[ゼーマン効果]]であり、シュタルク効果ではない。

1913年、ドイツの物理学者[[ヨハネス・シュタルク]]により発見された。分子の[[回転スペクトル]]を[[量子化学]]的に考える際の補正項の一つ。

== 原理 ==
以下では、[[水素原子]]や[[水素様イオン]]において、[[主量子数]]がn=2の[[励起状態]]にある場合を例として考える。ゼロ電場において電子の入り得る軌道は、2s、2p<sub>0</sub>、2p<sub>+1</sub>、2p<sub>-1</sub>の4つである。ここで、電場の向きを量子化軸である<math>z</math>方向にとると、2p<sub>+1</sub>、2p<sub>-1</sub>は[[ハミルトニアン]]の[[固有状態]]であるが、2sと2p<sub>0</sub>に対しては、それらで形成されるsp[[混成軌道]]に電子が入った状態が固有状態となる。sp混成軌道の一方は、[[電子雲]]が電場方向に、もう一方は電場と反対方向に伸びた分布を持っている。

電場によるエネルギー変化は、電場の強さと[[電気双極子モーメント]]<math>e \langle \phi | z | \phi \rangle </math>の積となる。ここで、<math>e</math>は電子の電荷、<math>\phi</math>は波動関数である。sp混成した2つの状態に対する電気双極子モーメントは互いに符号が逆で、同じ絶対値となる。また、2p<sub>+1</sub>, 2p<sub>-1</sub>に対しては0となり、エネルギー変化を生じない。したがってエネルギー準位は3つに分裂し、中心のものは2つの状態が縮退して、ゼロ電場の時のエネルギーから変化しない。n>2の場合においても、異なる[[方位量子数]]で、同じ[[磁気量子数]]同士の軌道が混成し、同様にエネルギー準位が分裂する。

以上は、電場の一次[[摂動]]のみを考慮したときのものである。水素原子は同じ主量子数の状態が[[縮退]]しているが、そうでない一般の場合は、一次摂動の効果はなく、二次以上の摂動が影響する。

==関連項目==
*[[ゼーマン効果]]
*[[電場]]
*[[回転準位]]
*[[ヨハネス・シュタルク]]

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[[Category:原子物理学]]
[[Category:物理化学の現象]]
[[Category:物理学のエポニム]]