Отбора правила

Определение "Отбора правила" в Большой Советской Энциклопедии

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

Отбора правила 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 Отбора правила 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 Отбора правила 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 Отбора правила по J и m_J существенны приближённые Отбора правила 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 Отбора правила DL = 0, ±1, а квантовое число S, определяющее полный спиновый момент всех электронов (и мультиплетность k = 2S + 1), - приближённому Отбора правила DS = 0, справедливому, если не учитывать спин-орбитальное взаимодействие. Учёт этого взаимодействия нарушает последнее Отбора правила, и появляются т. н. интеркомбинационные переходы, вероятности которых тем больше, чем больше атомный номер элемента.

Для молекул имеются специфические Отбора правила для электронных, колебательные и вращательные молекулярных спектров, определяемые симметрией равновесных конфигураций молекул, а для кристаллов - Отбора правила 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 заряда L, которым соответствуют строгие Отбора правила: DQ = DВ = DL = 0. Существуют также приближенные Отбора правила Из изотопической инвариантности сильного взаимодействия следует Отбора правила по полному изотопическому спину I, DI = 0; это Отбора правила нарушается электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Для сильного и электромагнитного взаимодействий справедливо Отбора правила по странности S, DS = 0; слабые взаимодействия протекают с нарушением этого Отбора правила: |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. Отбора правила См. Элементарные частицы.
Об Отбора правила в ядерной физике см. Ядерная спектроскопия.

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