ライマン系列：紫外水素線
1 · 予測
電子が基底状態 n = 1 まで落ちるとライマン系列を放出します。n = 2 へ落ちるバルマー系列と比べ、ライマン光子のエネルギーは大きいか小さいでしょうか？
- バルマー遷移より小さいエネルギーです。
- 大きい（短波長）。基底状態への大きなエネルギー差が放出されます。
- 対応するバルマー遷移と同じエネルギーです。
2 · 準備
- lyman-alpha プリセットを開いて Reset を押します。既定遷移は n = 2 → n = 1 です。
- 放出波長読み出しを有効にします。
- 各試行で初期準位 n_initial を設定し（n_final = 1へ落下）、放出波長を記録します。
3 · データ収集
| 初期準位 n_i | 放出波長 λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
3回の試行について放出波長 λ（縦軸）を初期準位 n_i（横軸）に対してプロットします。
4 · 分析
- n_f = 1 として 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) を計算します。3波長が122 nm未満の深紫外で目に見えないことを確認します。
- バルマーの可視波長と比較し、n = 1への落下が大きなエネルギー差となり高エネルギー・短波長光子を必ず生む理由を説明します。
5 · 発展
- ライマン紫外線は地上に届く前に地球大気のほぼ全てに吸収されます。遠方天体の水素ライマンα放出を観測するには地上でなく宇宙望遠鏡が必要な理由を説明します。
- n_i → ∞ で 1/λ は R に近づき、特定遷移でなく電子が原子からほぼ脱出する電離に対応します。式から系列限界が基底状態の電離エネルギーを表す理由を説明します。
この実験の物理
ライマン系列（基底状態遷移）
n_f = 1 で終わる遷移は水素で最大のエネルギー差を放出し、最短波長・最高エネルギーの紫外スペクトル系列になります。