Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/29248

Type: Dissertação
Title: Aparato experimental para espectroscopia da transição 1S–2S do hidrogênio via sublimação de matriz de isolamento
Author(s)/Inventor(s): Lemos, Patrick da Silva
Advisor: Sacramento, Rodrigo Lage
Co-advisor: Cesar, Cláudio Lenz
Abstract: Este trabalho apresenta o projeto e a instalação de um aparato experimental para espectroscopia 1S-2S do átomo de hidrogênio através da técnica da Sublimação da Matriz de Isolamento (MISu). Nesta técnica, um feixe atômico é produzido com crescimento de uma matriz de neônio sobre um substrato frio, a implantação de átomos de lítio e hidrogênio na matriz via ablação a laser de um sólido de LiH e a subsequente sublimação da matriz por meio da aplicação de um pulso de calor no substrato. O processo espectroscópico consiste em excitar os átomos de hidrogênio do estado 1S para o 2S em uma cavidade óptica, em seguida, levá-los à uma mistura com o estado 2P por meio de um campo elétrico. O decaimento para o estado 1S produz fótons Lyman-α, que ejetam elétrons da superfície da célula de detecção. Esses elétrons são capturados por um Channel Electron Multiplier (CEM), gerando um sinal elétrico detectável. Os feixes atômicos produzidos foram caracterizados por espectroscopia óptica de lítio, apresentando temperaturas próximas de 1 K e velocidades de cerca de 125 m/s, resultados competitivos internacionalmente. Um “toy model” foi desenvolvido para simular a emissão dos fótons Lyman-α e a detecção dos elétrons, considerando a distribuição espacial dos átomos excitados. As simulações indicam eficiência entre 15% e 30%. Os resultados obtidos com o aparato experimental mostraram que elétrons liberados durante a sublimação geram ruído acima do sinal esperado, apontando a necessidade de aprimoramentos no aparato para futura observação do espectro 1S-2S do hidrogênio.
Abstract: This work presents the design and installation of an experimental apparatus for 1S-2S spectroscopy of the hydrogen atom using the Matrix Isolation Sublimation (MISu) technique. In this technique, an atomic beam is produced by growing a neon matrix on a cold substrate, implanting lithium and hydrogen atoms into the matrix via laser ablation of a LiH solid, and subsequently sublimating the matrix by applying a heat pulse to the substrate. The spectroscopic process consists of exciting the hydrogen atoms from the 1S state to the 2S state in an optical cavity, then bringing them into a mixture with the 2P state by means of an electric field. The decay to the 1S state produces Lyman-α photons, which eject electrons from the surface of the detection cell. These electrons are captured by a Channel Electron Multiplier (CEM), generating a detectable electrical signal. The atomic beams produced were characterized by lithium optical spectroscopy, presenting temperatures close to 1 K and velocities of about 125 m/s, results that are competitive internationally. A toy model was developed to simulate the emission of Lyman-α photons and the detection of electrons, considering the spatial distribution of the excited atoms. The simulations indicate efficiency between 15% and 30%. The results obtained with the experimental apparatus showed that electrons released during sublimation generate noise above the expected signal, pointing to the need for improvements in the apparatus for future observation of the 1S-2S spectrum of hydrogen.
Keywords: Sublimação de matriz de isolamento
Átomos frios
Espectroscopia do hidrogênio atômico
Espectroscopia do lítio atômico
Transição 1S-2S do hidrogênio
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Física
Production unit: Instituto de Física
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 28-Aug-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Física

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
PSLemos.pdf16.05 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.