超微細構造（読み）チョウビサイコウゾウ（英語表記）hyperfine structure

デジタル大辞泉

ちょうびさい‐こうぞう〔テウビサイコウザウ〕【超微細構造】

原子の発光スペクトルや吸収スペクトルに見られる小さい分裂した構造。電子の磁気モーメントと原子核の磁気モーメントの相互作用によって生じる。原子時計は、この構造に対応する、わずかに異なる二つのエネルギー準位間の遷移による放射の振動数が常に一定である性質を利用する。

出典　小学館

改訂新版　世界大百科事典

超微細構造 (ちょうびさいこうぞう)
hyperfine structure

原子内電子と原子核の間のクーロン力より高次な相互作用を一般に超微細相互作用hyperfine interactionと呼び，それが原因で起こるスペクトル線の分裂を超微細構造という。このような相互作用でもっとも重要なものは，電子のつくる磁場と原子核の磁気双極子モーメントとの相互作用である。

　原子内電子の全角運動量（多電子について軌道角運動量とスピン角運動量を合成したもの。プランクの定数hの1/（2π）倍を単位としてはかる）をJ，原子核の角運動量（通常，核スピンといい，同じくh/（2π）を単位としてはかる）をIとすると，両者を合成した角運動量Fは，｜I－J｜，｜I－J｜＋1，……，｜I＋J｜をとることができる。このため，Jの定まった準位は2I＋1個（I≦Jのとき），または2J＋1個（I＞Jのとき）のさらに細かい準位（超微細準位）に分かれ，スペクトル線にもこれに対応した分裂（分裂した各スペクトル線を超微細構造線という）が現れる。このような準位の分裂，あるいはスペクトル線の分裂を超微細分裂という。ただし，原子番号と質量数がともに偶数の原子核は，基底状態で核スピンをもたない（I＝0）ので超微細分裂は起こらない。また原子核が電気四極子をもつときは，分裂した各準位がさらにずれる。

　原子核は電子に比べて質量が大きく，磁気モーメントが10⁻³程度と小さいので，超微細分裂の大きさは10⁻⁶～10⁻⁵eV（振動数にして数GHzないし数十GHz）と小さい。このため，原子の光学スペクトルにおける超微細構造は通常の分光器では分解されない。1940年代以後，原子線，分子線，磁気共鳴，メーザーなどの極超短波を用いる観測手段が開発されて，超微細構造を精密に測定することが可能となった。N.F.ラムゼーらは，63年，極超短波空洞内におかれた水素原子のメーザー作用を観測して，水素の超微細分裂の大きさ（1.420GHz，波長0.21m）を精密に決定した。この超微細構造線は，電波天文学において，銀河系内の水素分布や温度を知るのにきわめて有用である。また質量数133のセシウム原子の超微細準位間の遷移の振動数（約9.2GHz）は，時間の単位の標準として原子時計に使われている。超微細準位の数と間隔の測定から，原子核のスピン，磁気双極子モーメント，電気四極子モーメントなど原子核の基礎的物理量が決定される。物性物理学や化学において磁気共鳴吸収の超微細構造は，固体や分子内の電子の電荷やスピンの分布を知るための有力な研究手段を提供する。

　超微細構造としては上記のほかに，質量数の異なる原子核が混在することによって起こる同位体効果も知られている。これは原理的にはスピン0の原子核でも起こりうるが，同位体の分離によって除かれる。

　なお，超微細構造という名称は，もともとは分光学において，微細構造よりも細かい構造に対して一般的に用いられたものである。
執筆者：鈴木 勝久

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

化学辞典 第2版

超微細構造
チョウビサイコウゾウ
hyperfine structure

電子の磁気モーメントと核子の磁気モーメントの相互作用によって現れるスペクトル線の細かい分裂(hyperfine splitting)をいう．たとえば，電子常磁性共鳴吸収では，不対電子が核スピンIと相互作用しているとき，結晶場などによって分裂した微細構造線のそれぞれが，さらに(2I ＋ 1)本に分裂して観測される．この分裂の大きさから核スピンの大きさIを決めることができる．

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

超微細構造
ちょうびさいこうぞう
hyperfine structure

原子が放射するスペクトル線の微細構造よりもさらに細かい分岐構造。原子核のもつ磁気二重極モーメントや電気四重極モーメントと，原子核の位置に軌道電子によってつくられた電磁場との相互作用がその原因である。分岐の大きさをスペクトル線から実測して，逆にこれらのモーメントを決定する手段とする。原子のほか分子や固体のエネルギー準位にもこの構造が現れ物性研究に有用である。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

世界大百科事典（旧版）内の超微細構造の言及

【微細構造】より

…W.E.ラムとR.レザフォードは極超短波の吸収を使って水素原子の微細構造準位を精密に測定し，現在，ラム･シフトと呼ばれている量子電磁力学の重要な効果を発見した(ラム=レザフォードの実験)。　原子スペクトルには，原子核と電子の相互作用に基づくさらに微細な構造があり，それは超微細構造と呼ばれている。なお，分子スペクトルでは，電子準位または振動準位に対して回転準位を含む遷移を微細構造と呼ぶこともある。…

※「超微細構造」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」