Redigerer Franck-Hertz-eksperimentet (avsnitt)

==Forklaringer==

Franck og Hertz mente først at den observerte variasjonen i strømmen skyldtes at kvikksølvatomene ble ionisert når de blir truffet av elektron med energier over ''eU'' = 4.9&thinsp;[[elektronvolt|eV]] der ''e'' er dets [[elementærladning|ladning]]. For lavere spenninger på gitteret vil elektronene bare kollidere elastisk med atomene. De forandrer dermed retning, men taper ikke energi da atomene er så mye tyngre. Derimot ved ionisasjon for spenninger over 4.9&thinsp;volt mister de omtrent all sin energi og når ikke frem til anoden. Men når spenningen øker ytterligere med 4.9&thinsp;volt, vil de igjen virke ioniserende, tape energi og dermed gi et fall i den elektriske strømmen gjennom utladningsrøret.<ref name = Born/>

Et ionisert atom blir nøytralt igjen ved at det fanger opp et fritt elektron og går tilbake til grunntilstanden. Franck og Hertz mente at dette skjedde ved utsendelse av et [[foton]] med en [[frekvens]] ''&nu;&thinsp;'' gitt ved

: <math> eU = h\nu </math>

hvor ''h&thinsp;'' er  [[Plancks konstant]]. En tilsvarende sammenheng hadde [[Einstein]] benyttet noen år tidligere i forbindelse med den [[Fotoelektrisk effekt|fotoelektriske effekt]]en. På denne måten kom de frem til bølgelengden {{nowrap|''&lambda;'' {{=}} ''c''&thinsp;/''&nu;''}} = 254&thinsp;nm for det utsendte lyset i overensstemmelse med hva som ble observert. Frank og Hertz kunne derfor konkludere med at de hadde gitt et nytt, eksperimentelt bevis for den nye kvantefysikkens riktighet.

===Bohrs interpretasjon===

[[Niels Bohr]] hadde lansert sin [[Bohrs atommodell|atommodell]] i 1913, men Frank og Hertz i Berlin var ikke kjent med den da de gjennomførte eksperimentet sitt året etterpå. Da Bohr fikk høre om dette eksperimentet i Berlin, stilte han seg skeptisk til at resultatene var riktig forstått. Det skyldes hovedsakelig at hans kjennskap til spektret fra kvikksølvatomet tilsa at dets ionisasjonsenergi ikke kunne være så lav som 4.9&thinsp; eV, men heller nærmere 10&thinsp; eV. Han mente derfor at atomet i stedet måtte være eksitert til en bunden tilstand. Viktigheten av eksperimentet besto derfor i at det tydelig viste at slike diskrete energitilstander eksisterer i atomene. Det var egenskapene til disse Bohr ville utarbeide i sin nye modell.<ref>H. Kragh, ''Niels Bohr and the Quantum Atom'', Oxford University Press, Oxford (2012). ISBN 0-19-965498-0.</ref> 

Nobel-prisen i fysikk for 1925 ble først delt ut året etterpå. Gustav Hertz kunne derfor inkludere i sitt foredrag ny innsikt om atomenes oppbygning som var kommet med etableringen av [[kvantemekanikk]]en som skjedde akkurat på den tiden. Kvikksølvatomet har to [[valenselektron]]er i ytterste [[elektronskall]]  6s<sup>2</sup>. Atomets energitilstander kan karakteriseres ved det [[kvantetall]]ene <sup>2''S'' + 1</sup>''L''<sub>''J''</sub> når man benytter vanlig notasjon. Her angir ''S'' atomets [[spinn]], ''L'' dets angulære [[dreieimpuls]] og ''J'' dets totale dreieimpuls. Grunntilstanden til kvikksølvatomet blir nå en spinn-singlett <sup>1</sup>S<sub>0</sub> på samme vis som for [[helium|He-atomet]].<ref name = Hertz> G. Hertz, [https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/hertz-lecture.pdf ''The results of the electron-impact tests in the light of Bohr’s theory of atoms''], Nobel-foredrag (1926). </ref> 

Når ett av elektronene i atomet eksisteres til en p-tilstand med [[dreieimpuls]] ℓ =1, danner de tilsammen en triplett <sup>3</sup>P<sub>0</sub>, <sup>3</sup>P<sub>1</sub>, <sup>3</sup>P<sub>2</sub> med tilnærmet samme energi. I tillegg dannes  en singlett <sup>1</sup>P<sub>1</sub> med noe høyere energi. Av disse fire tilstandene er det <sup>3</sup>P<sub>1</sub> som gir den observerte strålingen når atomet går tilbake til grunntilstanden. Flere tilstander med noe høyere energi vil også kunne eksisteres ved slike kollisjoner. De gir igjen opphav til nye linjer i [[emisjonsspekter]]et som senere er funnet.<ref name = FT>A.P. French and E.F. Taylor, ''An Introduction to Quantum Physics'', Norton & Co, New York (1978). ISBN 0-393-09106-0.</ref>