Сдвиг уровней, небольшое отклонение тонкой структуры уровней энергии водородоподобных атомов от предсказаний релятивистской квантовой механики, основанных на Дирака уравнении . Согласно точному решению этого уравнения, атомные уровни энергии являются двукратно вырожденными: энергии состояний с одинаковым главным квантовым числом n = 1, 2, 3,... и одинаковым квантовым числом полного момента j = 1/2, 3/2... должны совпадать независимо от двух возможных значений орбитального квантового числа l = j ± 1/2 £ n—1 (исключая j + 1/2 = n, когда l = j — 1/2 = n—1). Однако в 1947 У. Лэмб и Р. Ризерфорд методом радиоспектроскопии измерили расщепление «вырожденных» уровней 2S 1/2 (n = 2, l = 0, j = 1/2) и 2Р1/2 (n = 2, l = 1, j = 1/2) в атоме водорода — т. н. лэмбовский сдвиг. Новейшее экспериментальное значение этой величины Lнэксп. = (1058,90 ± 0,06) Мгц. Теоретически лэмбовский сдвиг объяснён и вычислен в рамках квантовой электродинамики . Основной вклад (~a3R, где a — тонкой структуры постоянная , R — Ридберга постоянная ) дают два радиационных эффекта (см. Радиационные поправки ); 1) испускание и поглощение связанным электроном виртуальных фотонов (см. Виртуальные частицы ), что приводит к изменению эффективной массы электрона и возникновению у него аномального магнитного момента; 2) возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электронно-позитронных пар (т. н. поляризация вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоновской длины волны электрона (~ 4×10-11 см). Найден также вклад эффектов движения и структуры ядра атома водорода (протона). Современное теоретическое значение лэмбовского сдвига в водороде Lнтеор.= (1058,911 ± 0,012) Мгц полностью согласуется с экспериментальным, что является блестящим подтверждением основных положений квантовой электродинамики. Хорошо согласуются измеренные и вычисленные сдвиги других уровней, а также в других водородоподобных атомах (D, Не+ и т. п.).
Лит.: Сдвиг уровней атомных электронов и дополнительный магнитный момент электрона согласно новейшей квантовой электродинамике. Сб. статей, под ред. Д. Д. Иваненко, М., 1950; Фаустов Р. Н., Уровни энергии и электромагнитные свойства водородоподобных атомов, «физика элементарных частиц, и атомного ядра», 1972, т. 3, в. 1, с. 238.
Р. Н. Фаустов.