Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ОТ)"

Отбора правила

Отбо'ра пра'вила, правила, определяющие возможные квантовые переходы для атомов, молекул, атомных ядер, взаимодействующих элементарных частиц и др. О. п. устанавливают, какие квантовые переходы разрешены (вероятность перехода велика) и какие запрещены – строго (вероятность перехода равна нулю) или приближённо (вероятность перехода мала); соответственно О. п. разделяют на строгие и приближённые. При характеристике состояний системы с помощью квантовых чисел О. п. определяют возможные изменения этих чисел при переходе рассматриваемого типа.

  О. п. связаны с симметрией квантовых систем, т. е. с неизменностью (инвариантностью) их свойств при определённых преобразованиях, в частности координат и времени, и с соответствующими сохранения законами . Переходы с нарушением строгих законов сохранения (например, энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда и т.д. замкнутой системы) абсолютно исключаются.

  Для излучателей квантовых переходов между стационарными состояниями атомов и молекул очень важны строгие О. п. для квантовых чисел J и m_j , определяющих возможные значения полного момента количества движения М и его проекции M_z по правилам квантования: ,  ( – Планка постоянная , J и m_J  – целые или полуцелые числа, причём m_J = J , J – 1,......, – J ; см. Квантовые числа ). Эти правила связаны с равноправием в пространстве всех направлений (для любой точки – сферическая симметрия) и всех направлений, перпендикулярных выделенной оси z (аксиальная симметрия), и соответствуют сохранению момента количества движения и его проекции на ось z . Из законов сохранения полного момента количества движения и его проекции для системы, состоящей из микрочастиц и из испускаемых, поглощаемых и рассеиваемых фотонов, следует, что при квантовом переходе J и m_J могут изменяться в случае электрического и магнитного дипольных излучений (см. Излучение электромагнитное) лишь на 0, ±1, а в случае электрического квадрупольного излучения (а также в случае комбинационного рассеяния света ) – на 0, ±1, ±2.

  Другое важное О. п. связано с законом сохранения полной чётности для изолированной квантовой системы (этот закон нарушается лишь слабым взаимодействием элементарных частиц). Квантовые состояния атомов, всегда имеющих центр симметрии, а также тех молекул и кристаллов, которые имеют такой центр, делятся на чётные и нечётные по отношению к пространств. инверсии (отражению в центре симметрии, т. е. к преобразованию координат х' ® —х , у' ® —у , z' ® —z ); в этих случаях справедлив т. н. альтернативный запрет для излучательных квантовых переходов: для электрического дипольного излучения запрещены переходы между состояниями одинаковой чётности (т. е. между чётными или между нечётными состояниями), а для дипольного магнитного и квадрупольного электрического излучений (и для комбинационного рассеяния) запрещены переходы между состояниями различной чётности (т. е. между чётными и нечётными состояниями. В силу этого запрета можно наблюдать, частности в атомных спектрах астрономических объектов, линии, соответствующие магнитным дипольным и электрическим квадрупольным переходам, обладающим очень малой вероятностью по сравнению с дипольными электрическими переходами (т. н. запрещённые линии ).

  Наряду с точными О. п. по J и m_J существенны приближённые О. п. при дипольном излучении атомов для квантовых чисел, определяющих величины орбитальных и спиновых моментов электронов и проекций этих моментов. Например, для атома с одним внешним электроном азимутальное квантовое число l , определяющее величину орбитального момента электрона M_l M ²_l = ² l (l + 1), может изменяться на ± 1 (Dl = 0 невозможно, т.к. состояния с одинаковыми l имеют одинаковую чётность: они чётные при чётном l и нечётные при нечётном l ). Для сложных атомов квантовое число L , определяющее полный орбитальный момент всех электронов, подчинено приближённому О. п. DL = 0, ±1, а квантовое число S , определяющее полный спиновый момент всех электронов (и мультиплетность k = 2S + 1), – приближённому О. п. DS = 0, справедливому, если не учитывать спин-орбитальное взаимодействие . Учёт этого взаимодействия нарушает последнее О. п., и появляются т. н. интеркомбинационные переходы, вероятности которых тем больше, чем больше атомный номер элемента.

  Для молекул имеются специфические О. п. для электронных, колебательные и вращательные молекулярных спектров , определяемые симметрией равновесных конфигураций молекул, а для кристаллов – О. п. для их электронных и колебательных спектров, определяемые симметрией кристаллической решётки (см. Спектроскопия ).

  В физике элементарных частиц, кроме общих законов сохранения энергии, импульса, момента количества движения, имеются дополнительные законы сохранения, связанные с симметриями фундаментальных взаимодействий частиц – сильного, электромагнитного и слабого. Процессы превращения элементарных частиц подчиняются строгим законам сохранения электрического заряда Q , барионного заряда В и, по-видимому, лептонного зарядаL , которым соответствуют строгие О. п.: DQ = DВ = DL = 0. Существуют также приближенные О. п. Из изотопической инвариантности сильного взаимодействия следует О. п. по полному изотопическому спину I , DI = 0; это О. п. нарушается электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Для сильного и электромагнитного взаимодействий справедливо О. п. по странности S , DS = 0; слабые взаимодействия протекают с нарушением этого О. п.: |DS | = 1. Как было отмечено выше, в процессах, вызванных слабым взаимодействием, нарушается также закон сохранения пространственной чётности, справедливый для всех др. видов взаимодействий. Имеются и др. О. п. См. Элементарные частицы .

  Об О. п. в ядерной физике см. Ядерная спектроскопия .

  Лит. см. при статьях Атомная физика , Молекулярные спектры , Элементарные частицы .

  М. А. Ельяшевич.