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禁线

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禁线禁止机制(forbidden mechanism, forbidden line)化学上的概念,它是原子量子力学通常的选择定则英语Selection rule下不被接受的能量转移发射谱线。在化学,“被禁止的”意义是在理想的对称情况下,自然的法则下绝对不可能的。虽然这种转换是在“技术上被禁止的”,但它们自然发生的机率并不是零。如果原子或分子被激发至受激状态,虽然蜕变概率是极端的低,但是原子或分子仍然可能做一个允许的跃迁,经由其它另行激发状态,进入较低的能阶,而它几乎一定会这样做。

禁线是禁戒跃迁(Forbidden Transition)产生的谱线。禁戒跃迁是指跃迁概率很小的跃迁。通常的谱线是由偶极辐射产生,这是服从选择定则的。但四极辐射和磁偶极辐射不是绝对服从选择定则的,在适当条件下虽然违背选择定则,但也可以观察到这种跃迁,即为禁戒跃迁。相应的谱线即为禁线[1]

在天文物理和原子物理[编辑]

在极低密度的气体、电浆,也就是在外太空地球极端上层大气英语Near space中可以观测到禁线[2]。在太空的环境,每立方公分可能只有几颗原子,使得原子之间很难发生碰撞。在这样的条件下,一旦原子或分子无论是甚么原因被激发至介稳状态,几乎就可以肯定会经由禁线辐射光子释放能量。由于介稳状态是相当罕见,但禁戒跃迁发射出的光子在太空中超低密度的气体中却占了很大比例。禁戒跃迁在高电荷态离子中可以产生可见光、真空紫外线、软X射线、和硬X射线的光子;在某些实验,像是电子束离子阱英语Electron beam ion trap[3]和离子储存环英语Storage ring的例行观测中都能检测到。在这两种情况下,气体的密度都非常低,在产生禁线发射之前,被激发的原子不会与其它的原子发生碰撞而被再激发。使用雷射光谱技术,禁制跃迁可以用来稳定目前可用有著最高精度的原子钟量子钟英语Quantum clock

([N II]在654.8和658.4 奈米)、([S II]在671.6和673.1奈米)、和([O II]在372.7奈米,[O III]在495.9和500.7奈米)的禁线,是在天体物理电浆最常观测到的。这些谱线在行星状星云电离氢区能量平衡英语Energy economics上非常的重要。氢的21公分线能让很冷的中性氢能被看见,因此在电波天文学中特别重要。同样的,在金牛T星的光谱线中的[O I]和[S II]的禁线,意味著气体的密度非常的低。

符号[编辑]

原子或分子的禁线跃迁会在其符号的前后加上方括号作为识别,例如[O III]或[S II][2]

参考资料[编辑]

  1. ^ 《物理学词典》徐龙道等编著 科学出版社2004.5
  2. ^ 2.0 2.1 引用错误:没有为名为EDoA_161的参考文献提供内容
  3. ^ Mäckel, V. and Klawitter, R. and Brenner, G. and Crespo López-Urrutia, J. R. and Ullrich, J. Laser Spectroscopy on Forbidden Transitions in Trapped Highly Charged Ar13+ Ions. Physical Review Letters (American Physical Society). 2011, 107 (14): 143002. Bibcode:2011PhRvL.107n3002M. doi:10.1103/PhysRevLett.107.143002. 

进阶读物[编辑]

  • Osterbrock, D.E., Astrophysics of gaseous nebulae and active galactic nuclei, University Science Books, 1989, ISBN 0-935702-22-9.
  • Heinrich Beyer, Heinrich F. Beyer, H.-Jürgen Kluge, H.-J. Kluge, Viatcheslav Petrovich Shevelʹko, X-Ray Radiation of Highly Charged Ions, Springer Science & Business Media, 1997, ISBN 978-3-540-63185-9.
  • Gillaspy, John, editor, Trapping Highly Charged Ions: Fundamentals and Applications, Edited by John Gillaspy. Published by Nova Science Publishers, Inc., Huntington, NY, 1999, ISBN 1-56072-725-X.
  • Wolfgang Quint, Manuel Vogel, editors, Fundamental Physics in Particle Traps, Springer Tracts in Modern Physics, Volume 256 2014, ISBN 978-3-642-45200-0.