Спин-орбитальное взаимодействие и испускание

Если не учитывать спин-орбитальное взаимодействие, то Е1-нереходы с испусканием или поглощением света между триплетными и синглетньши состояниями запрещены (из-за ортогональности спиновых функций). В связи с этим синглетные и тринлетные состояния атома гелия являются в этом приближении независимыми. Попав в нижайшее возбужденное триплетное состояние г )а[(15) (25) ], атом гелия длительное время будет находиться в этом состоянии (месяцы), так как изменение ориентации спина одного из электронов трудно осуществимо. Из-за большого времени жизни этого состояния его называют метаста-бильным состоянием. Таким образом, атомы гелия, находящиеся в синглетных и триплетных состояниях, можно рассматривать как два разных типа атомов. Атом гелия, находящийся в син-глетном состоянии, называют парагелием. Атом гелия, находящийся в триплетном состоянии, называют ортогелием. Атомы парагелия не имеют магнитного момента и образуют диамагнитный газ. Атомы ортогелия обладают магнитным моментом и образуют парамагнитный газ. Спектральные линии атомов парагелия одиночны. Спектральные линии ортогелия состоят из трех близких линий (триплетов), соответствующих трем спиновым состояниям, энергии которых при учете релятивистских поправок отличаются на малую величину. [c.346]

В квантовых системах с центрально-симметричным потенциалом начальное и конечное состояния характеризуются собственными волновыми функциями оператора г- Поэтому при 6) Ф а) имеем Ь Е а) =0. Операторы и Су, не меняя радиальной функции и квантового числа I, изменяют (см. 40) квантовое число т на 1. Однако поскольку в центрально-симметричном поле состояния, отличающиеся только значениями т, имеют одинаковую энергию, то переходы между ними не связаны с испусканием или поглощением энергии. Если атом находится во внешнем магнитном поле, то энергия уровней будет зависеть от магнитного квантового числа т. В этом случае возможны ЛИ-переходы между двумя зеемановскими компонентами уровней тонкой структуры (Д/= О, Л/л = 1). Эти переходы можно использовать для измерения энергии зеемановского расщепления. В квантовой системе с нецентральным потенциалом орбитальный момеит не является интегралом движения, поэтому матричные элементы (95,10) могут быть отличны от нуля. В системах с большим спин-орбитальным взаимодействием (атомные ядра) матричные элементы (95,10) также могут играть роль в /И1-переходах. Однако при наличии спина надо учесть, что квантовые переходы ЛИ могут вызываться и оператором спина. Матричные элементы таких переходов, согласно (94,21), можно записать в виде [c.455]

Правило отбора по спину (А8 = 0), казалось бы, должно быть универсальным, так как не учитывает симметричность рассматриваемой молекулы. Однако запрещенные по спину переходы часто наблюдаются на практике. Это правило отбора также основано на предположении о независимости волновых функций, а точнее, независимости спиновой и пространственной составляющих электронной волновой функции. Воздействие на электрон магнитного поля, возникающего при смешении относительно него (электрона) положительно заряженных ядер, приводит к смешиванию спиновой и орбитальной компонент, т. е. к спин-орбитальному взаимодействию. Таким образом, представление о чисто спиновых состояниях необходимо модифицировать, вводя обмен спинового момента с орбитальным. Например, состояние, формально описываемое как синг-летное, может в действительности иметь некоторые признаки триплетного, тогда как формальный триплет обладает некоторыми характеристиками синглета. Тогда переходы между синглетами и триплетами можно рассматривать как переходы между чисто синглетными и триплетными компонентами смешанных состояний. Поскольку спин-орбитальное взаимодействие связано с движением ядер, его величина резко возрастает с увеличением заряда ядра ( 2" ). Таким образом, в случае тяжелых ядер запрещенные по спину переходы проявляются сильнее. Хорошим примером является резонансное излучение ртути. (Термин резонансное излучение относится к испусканию при переходе с первого возбужденного состояния в основное резонансное поглощение и повторное излучение также могут наблюдаться в этом случае.) Основное состояние ртути — это 5о, а первый возбужденный синглет — Рь Переходы [c.41]

Для испускания фотонов видимого света (Q 10 см ) атомными системами (й/ хс) 10"" см) это отношение равно 10 . Поскольку вероятность перехода пропорциональна квадрату матричного элемента, то, следовательно, Л11-переходы, вызванные оператором спина, в 10 раз менее вероятны, чем электрические дипольные переходы. При наличии спин-орбитального взаимодействия Ml-переходы обусловлены одновременно операторами орбитального и спинового моментов. [c.456]

ИТ в их относительной интенсивности. Строго говоря, интенсивность поглощения или испускания света для запрещенного перехода должна быть равна нулю. Однако изучение спектров показало, что эти переходы все же происходят — они оказываются возможными благодаря ослаблению правил отбора вследствие таких явлений, как комбинирование колебательных и электронных уровней, а также спин-орбитальное взаимодействие. Как будет видно из обсуждения этих вопросов в соответствующих разделах, для разных типов переходов имеются различные правила отбора. [c.65]

Спин-орбитальное взаимодействие и испускание [6, 20, 45] [c.70]

Триплетное состояние в жидкостях может легко заселяться, однако контролируемые диффузией бимолекулярные процессы тушения примесями [68] совершенно подавляют процесс испускания из состояния Г1 ). Скорости исчезновения триплетных состояний для ряда галогенпроизводных нафталина почти одинаковы, а для антрацена и его галогензамещенных зависят от числа и положения атомов галогена [69, 70]. Скорость исчезновения триплетов нафталина определяется не скоростью мономолекулярного процесса Т1 5о, а бимолекулярным законом тушения. С другой стороны, экспериментально измеренное время жизни триплетных состояний производных антрацена совпадает с ожидаемым из теоретического анализа. Время жизни триплетов антрацена и его галогензамещенных должно уменьшаться с увеличением спин-орбитального взаимодействия электронов, участвующих в переходе, в поле тяжелых атомов. Действительно, как показано на рис. 39, наблюдается качественная корреляция между константой скорости кг мономолекулярного процесса и константой спин-орбитальной связи (см. раздел 3-2). На рис. 39 построена зависимость кг от 2 1, т. е. от суммы квадратов констант спин-орбитальной связи [c.99]

Своеобразная разновидность триплет-триплетного обменно-резо-нансного переноса энергии имеет место при хемилюминесценции органических соединений в присутствии акцепторов — галогенопроизводных антрацена [76]. Энергия передается с триплетного уровня кетона, возбуждаемого в реакции окисления, на примесь триплета к синглету акцептора, которая возникает вследствие спин-орбитального взаимодействия в поле тяжелых атомов (хлор, бром). В результате переноса энергии спектр испускания [c.146]

Из-за слабой спин-орбитальной связи в атомах вероятности этих переходов очень малы. Оптические переходы AI1 возможны и между компонентами разных мультиплетов тонкой структуры, соответствующими состояниям одинаковой четности. Из-за малой вероятности испускания квантов AI1 в обычных условиях атом теряет энергию возбуждения при взаимодействии с другим атомом (неупругие столкновения) непосредственно без излучения. В сильно разреженных газах (межзвездные туманности) столкновения между атомами очень редки. В этом случае атом может освободиться от возбуждения только путем излучения AI1 (если излучение фотонов 1 запрещено). Такое излучение магнитных ДИПОЛЬНЫХ квантов действительно наблюдается при квантовых переходах в атомах межзвездного газа — линии свечения туманностей, где оно соответствует квантовым переходам в дважды ионизированных атомах кислорода. [c.458]

Возможность наблюдения ядерного магнитного разонанса основана на поглощении или испускании энергии при переходах ядра между различными спиновыми уровнями (зеемановские уровни). Атомное ядро можно представить в виде сплошного шара, содержащего электрически заряженные частицы, которые совершают орбитальное движение. Вращение заряженных частиц индуцирует магнитный момент ядра, и ядро в результате может взаимодействовать с внешним магнитным полем. Если вещество, содержащее атомное ядро с магнитным моментом х и ядерным спином /, поместить в однородное магнитное поле Я, то оно займет один из (2/ -Ь 1) зеемановских уровней. Различия локальных магнитных полей, магнитных моментов и ядерных спинов влияют на положение этих уровней и, следовательно, на спектр ЯМР. [c.456]

В работе Ли и Янга, опубликованной в 1956 г., было сделано важное заключение о том, что ни одно из имевшихся к тому времени экспериментальных данных по слабым взаимодействиям не давало определенного ответа на вопрос о сохранении четности, поскольку наблюдаемые величины во всех случаях были скалярными. Эксперимент с ориентированными ядрами Со был поставлен специально в поисках псевдоскалярной величины, а именно компоненты потока -частиц, пропорциональной произведению ядерного спина (аксиальный вектор) и скорости электрона (полярный вектор). Обнаруженное явление асимметрии позволило точно установить наличие этой псевдоскалярной компоненты и таким образом доказать, что при слабых взаимодействиях четность не сохраняется. С тех пор многие эксперименты подтвердили несохранение четности при всех слабых взаимодействиях. Следовательно, теперь известно, что в процессах такого рода правая и левая стороны не эквивалентны. Действительно, опытами Гольдхабера, Гродзинса и Саньяра (см. работу [21]) было показано, что нейтрино, испускаемые в процессе захвата орбитального электрона (и, по всей вероятности, также нейтрино, вылетающие при испускании позитрона), являются левополяризованными (винт с левой резьбой), т. е. их спины антипараллельны направлению движения. Позитроны в таком случае должны быть правополяризованными, электроны — левополяризованными и антинейтрино, испускаемые при "-распаде,— правополяризован-ными. [c.256]