Кіріспе

Кванттық физикадағы жұптасу

Кванттық механикада бұрыштық импульсті жұптастыру – бөлек бұрыштық моменттердің өзіндік күйлерінен жалпы бұрыштық импульстің өзіндік күйлерін құру процедурасы. Мысалы, бір бөлшектің орбитасы мен спині спин-орбиталық өзара әрекеттесу арқылы өзара әсерлесе алады, мұндай жағдайда толық физикалық сурет спин-орбиталық жұптастыруды қамтуы тиіс. Немесе, әрқайсысы анықталған бұрыштық импульсі бар екі зарядталған бөлшек Кулон күштері арқылы өзара әрекеттесе алады, мұндай жағдайда екі бөлшектің бұрыштық импульстарын жалпы бұрыштық импульске жұптастыру екі бөлшектің Шредингер теңдеуін шешуде пайдалы қадам болып табылады. Екі жағдайда да бөлек бұрыштық моменттер енді қозғалыс константалары емес, бірақ екі бұрыштық моменттердің қосындысы көбінесе сақталады. Атомдардағы бұрыштық импульстің жұптасуы атомдық спектроскопияда маңызды. Электрондық спиндердің бұрыштық импульстік жұптасуы кванттық химияда маңызды. Сондай-ақ, ядролық қабық моделінде бұрыштық импульстің жұпталуы кең таралған. Астрономияда спин-орбиталық жұптасу бұрыштық импульстің сақталу заңының жалпы ережесін көрсетеді, ол аспан денелері жүйелеріне де қатысты. Жақсырақ түсініктің болуы үшін, бұрыштық импульс векторының бағыты қарапайым жағдайларда ескерілмейді, ал спин-орбиталық жұптасу – планетаның немесе басқа аспан денесінің өз осінің айналу жиілігі мен басқа денелердің айналу орбитасы арасындағы қатынас ретінде қарастырылады. Бұл көбінесе орбиталық резонанс деп аталады. Көбінесе, физикалық себептер тасқын күштері болып табылады.

Спин-орбиталық қосқыш

Атомдар мен кішігірім бөлшектердің мінез-құлқы кванттық механика теориясымен жақсы сипатталады, онда әрбір бөлшектің спин деп аталатын ішкі бұрыштық импульсі болады және нақты конфигурациялар (мысалы, атомдағы электрондар) кванттық сандар жиынтығымен сипатталады. Бөлшектердің жиынтықтарында да бұрыштық моменттері мен сәйкес кванттық сандары болады, және әртүрлі жағдайларда бөліктердің бұрыштық моменттері тұтастай бұрыштық импульсті қалыптастыру үшін әртүрлі жолдармен бірігеді. Бұрыштық импульстің бірігуі – субатомдық бөлшектердің бір-бірімен әрекеттесу жолдарының бірін қамтитын санақ. Атомдық физикада спин-орбиталық бірігу, сондай-ақ спин жұптасу деп те аталады, бөлшектің спинінің және осы бөлшектің орбиталық қозғалысының әлсіз магниттік өзара әрекеттесуін немесе бірігуін сипаттайды, мысалы, электронның спині және оның атом ядросының маңындағы қозғалысы. Оның салдарының бірі – атомның ішкі күйлерінің энергиясын бөлу, мысалы, спин бір бағытта және спин қарсы бағытта орналасқан күйлердің энергиясы әр түрлі болуы, ал олар энергия жағынан бірдей болуы мүмкін еді. Осы өзара әрекеттесу атом құрылымының көптеген ерекшеліктеріне жауап береді. Қатты дене физикасында орбиталық қозғалыспен спин бірігуі Дрессельхаус немесе Рашба эффектісінің нәтижесінде энергия жолақтарының бөлінуіне алып келуі мүмкін. Орбиталық механиканың макроскопиялық әлемінде спин-орбиталық бірігу термині кейде спин-орбиталық резонанс мағынасында қолданылады.

jj ілесу

Ауыр атомдарда жағдай өзгеше. Ядролық заряды жоғары атомдарда спин-орбиталық өзара әсерлер көбінесе спин-спиндік немесе орбита-орбиталық өзара әсерлерден үлкен немесе тең болады. Мұндай жағдайда, әрбір орбиталық бұрыштық импульс ℓi, сәйкес жеке спиндік бұрыштық импульс si-мен бірігіп, жеке жалпы бұрыштық импульс ji-ді құрайды. Содан кейін олар бірігіп, жалпы бұрыштық импульс J-ді жасайды.

Бұл сипаттама, осы типтегі өзара әрекеттесуді есептеуді жеңілдетеді және jj жұптасу деп аталады.

Терминдік символдар

Терминдік символдар атомдардың күйлерін және спектрлік ауысуларын көрсету үшін қолданылады, олар жоғарыда аталған бұрыштық моменттердің байланысуы арқылы анықталады. Атомның күйі терминдік символмен белгіленген кезде, рұқсат етілген ауысуларды таңдау ережелері арқылы табуға болады, бұл ретте бұрыштық импульстің сақталуын қамтамасыз ететін ауысулар қарастырылады. Фотонның спині 1-ге тең, сондықтан фотонның шығарылуы немесе жұтылуы кезінде атом бұрыштық импульсті сақтау үшін күйін өзгертуі қажет. Терминдік символдарды таңдау ережелері: ΔS = 0; ΔL = 0, ±1; Δl = ±1; ΔJ = 0, ±1. "Терминдік символ" термині атомның Ридберг күйлерімен және олардың энергия деңгейлерімен байланысты "терминдік қатарлардан" шығарылған. Ридберг формуласында сутек сияқты атомнан шығарылатын жарықтың жиілігі немесе толқын саны ауысудың екі термині арасындағы айырмаға пропорционалды. Ертедегі спектроскопияға белгілі қатарлар өткір, басқа, тараң және фундаменталды деп аталды, осыған байланысты S, P, D және F әріптері атомның орбиталық бұрыштық импульс күйлерін көрсету үшін пайдаланылды.

Релятивистік әсерлер

Өте ауыр атомдарда электрондардың энергия деңгейлерінің релятивистік өзгерісі спин-орбиталық байланыс әсерін күшейтеді. Сондықтан, мысалы, уранның молекулалық орбиталық схемалары басқа атомдармен өзара әрекеттесуін қарастырғанда релятивистік белгілерді тікелей қосу қажет.

Ядролық қосынды

Атом ядроларында спин-орбиталық өзара әсер атом электрондарына қарағанда әлдеқайда күшті және тікелей ядролық қабық моделіне енгізіледі. Бұған қоса, атомдық-электрондық терминдік белгілерден өзгеше, ең төменгі энергиялық күй L–S емес, керісінше, ℓ + s болып табылады. Сондықтан, ℓ мәні (орбиталық бұрыштық импульс) нөлден жоғары барлық ядролық деңгейлер қабық моделінде ℓ + s және ℓ – s арқылы белгіленген күйлерге бөлінеді. Қабық моделінің сипатына сәйкес, ол орталық Кулондық потенциалдың орнына орташа потенциалды қабылдайды, ℓ + s және ℓ – s ядролық күйлеріне кіретін нуклондар әрбір орбитальде бір-бірімен теңдес деп есептеледі (мысалы, 2p орбиталі төрт нуклонды қамтиды, олардың барлығы бірдей энергияға ие. Ал энергиясы жоғарырақ 2p орбиталі екі бірдей энергиялы нуклоннан тұрады).