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禁線

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禁線禁止機制(forbidden mechanism, forbidden line)化學上的概念,它是原子量子力學通常的選擇定則英語Selection rule下不被接受的能量轉移發射譜線。在化學,「被禁止的」意義是在理想的對稱情況下,自然的法則下絕對不可能的。雖然這種轉換是在「技術上被禁止的」,但它們自然發生的機率並不是零。如果原子或分子被激發至受激狀態,雖然蛻變機率是極端的低,但是原子或分子仍然可能做一個允許的躍遷,經由其它另行激發狀態,進入較低的能階,而它幾乎一定會這樣做。

禁線是禁戒躍遷(Forbidden Transition)產生的譜線。禁戒躍遷是指躍遷機率很小的躍遷。通常的譜線是由偶極輻射產生,這是服從選擇定則的。但四極輻射和磁偶極輻射不是絕對服從選擇定則的,在適當條件下雖然違背選擇定則,但也可以觀察到這種躍遷,即為禁戒躍遷。相應的譜線即為禁線[1]

在天文物理和原子物理[編輯]

在極低密度的氣體、電漿,也就是在外太空地球極端上層大氣英語Near space中可以觀測到禁線[2]。在太空的環境,每立方公分可能只有幾顆原子,使得原子之間很難發生碰撞。在這樣的條件下,一旦原子或分子無論是甚麼原因被激發至介穩狀態,幾乎就可以肯定會經由禁線輻射光子釋放能量。由於介穩狀態是相當罕見,但禁戒躍遷發射出的光子在太空中超低密度的氣體中卻占了很大比例。禁戒躍遷在高電荷態離子中可以產生可見光、真空紫外線、軟X射線、和硬X射線的光子;在某些實驗,像是電子束離子阱英語Electron beam ion trap[3]和離子儲存環英語Storage ring的例行觀測中都能檢測到。在這兩種情況下,氣體的密度都非常低,在產生禁線發射之前,被激發的原子不會與其它的原子發生碰撞而被再激發。使用雷射光譜技術,禁制躍遷可以用來穩定目前可用有著最高精度的原子鐘量子鐘英語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)的禁線,是在天體物理電漿最常觀測到的。這些譜線在行星狀星雲電離氫區能量平衡英語Energy economics上非常的重要。氫的21公分線能讓很冷的中性氫能被看見,因此在電波天文學中特別重要。同樣的,在金牛T星的光譜線中的[O I]和[S II]的禁線,意味著氣體的密度非常的低。

符號[編輯]

原子或分子的禁線躍遷會在其符號的前後加上方括號作為識別,例如[O III]或[S II][2]

參考資料[編輯]

  1. ^ 《物理學詞典》徐龍道等編著 科學出版社2004.5
  2. ^ 2.0 2.1 引用錯誤:沒有為名為EDoA_161的參考文獻提供內容
  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. 

進階讀物[編輯]

  • 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.