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Regla de selección$\Delta S=0$: ¿Por qué un fotón no interactúa con un spin de electrones?

Cuando se habla de reglas de selección en la física atómica, muchos de los libros de estado que el fotón interactúa con los electrones del momento angular de tal manera que la $\Delta l=\pm 1$. Absorbido o emitido fotones de intercambio de momento angular con los electrones del átomo. Por ejemplo: Cuando un entrante polarizado circular de fotones con spin $1\hbar$ es absorbida por el átomo, un electrón tiene que cambiar su momento angular $\vec{l}$$1\hbar$.

Pero ¿por qué no hay interacción entre los electrones de spin $\vec{s}$ y los fotones? ¿Cuál es el origen de la regla de selección $\Delta S=0$?

Estoy interesado en ambos matemáticos y especialmente intuitiva explicaciones :-)

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cygil Puntos 2076

Cuando usted tiene sólo un electrón, a continuación, $\Delta S=0$ hace sentido intuitivo: se puede cambiar el momento angular $l$ del átomo mediante el cambio de la estructura interna (empujando el electrón en "otra órbita", si se quiere), aunque ciertamente no se puede cambiar la estructura interna de la electrónica a cambio de $s$.

Sería posible cambiar $s$, entonces usted podría cambiar la estructura interna de la electrónica, pero, dado que, como ya sabemos, el espín es intrínseca usted no puede hacer esto y $s$ se mantiene fijo.

La regla de selección $\Delta S=0$ es válido también si usted tiene dos (impares) los electrones en el átomo. Usted puede ver esto si escribir la función de onda total de ambos electrones en el dipolo elemento de la matriz como un producto de la función de posición y giro de la función:

$$\begin{align}M_{ik} & =\int \Psi^*_i(\vec r_1,\vec r_2)(\vec r_1+\vec r_2)\Psi_k(\vec r_1,\vec r_2)d\tau_1\tau_2\\ &=\int \psi^*_i(\vec r_1,\vec r_2)\chi(s_1,s_2)(\vec r_1+\vec r_2)\psi_k(\vec r_1,\vec r_2)\chi(s_1,s_2)d\tau_1\tau_2 \end{align}$$

donde $d\tau_i$ indica que sólo nos integrar sobre las posiciones de los electrones.

Pero primero tenemos que volver al principio de Exclusión de Pauli: otra forma de estado la Pauli exculsion principio es que el total de la función de onda debe ser antisimétrica con respecto al intercambio de dos electrones. Esto a su vez significa que la función de posición $\psi$ o el giro de la función $\chi$ debe ser antisimétrica. Cuando la posición de la función es simétrica, entonces no cambia de signo si usted cambia de un electrón para el otro:

$$\psi_s(1,2)\to+\psi_s(2,1) $$

mientras que el antisimétrica posición de la función cambia de signo:

$$\psi_a(1,2)\to-\psi_a(2,1) $$

A continuación, hay cuatro formas de combinar los dos electrones: los tres, con un total de spin uno (triplett estado) y el singulett estado con espín cero. El triplett estado tienen un antisimétrica función de posición, mientras que el estado singlete tiene un simétrica de la función de posición.

Ahora, si desea que el elemento de la matriz a se modificará si el intercambio de electrones, a continuación, ambos estados $\Psi_i$ $\Psi_k$ debe ser una triplett estado o una singulett estado. Porque cuando ambos están en un trilett estado (S=1) y el intercambio de electrones, a continuación, la señal permanece el mismo. Cuando ambos están en un singulett estado luego de obtener una menos de ambos estados, si el intercambio de electrones, al menos, a continuación, cancela.

Por otro lado, si uno es un singulett y el otro un triplett estado el estado obtiene un menos desde el intercambio y la otra es un plus. Dado que los electrones son indistinguibles, $M_{ik}$ no debe cambiar si cambio de ellos. Debido a $M_{ik}$ cambia de signo cuando se van de S=1 S=0 esta transición está prohibido, o $\Delta S=0$. Ver Para - y orto-helio como un ejemplo.

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John Duffield Puntos 4475

Pero ¿por qué no hay interacción entre los electrones de spin $\vec{s}$ y los fotones?

En realidad, tal vez lo que hay. Ver la dispersión de Compton. El fotón incidente es parcialmente absorbida y se desaceleró en el vector de sentido, mientras que el electrón libre se mueve. En mi humilde opinión que puede visualizar esta llamando repetidas círculos en una hoja de papel sin levantar el lápiz. Ahora repita mientras que alguien tira del papel hacia abajo y a la izquierda. El espín de electrones ya no es esféricamente simétrica.

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¿Cuál es el origen de la regla de selección ΔS=0 ?

En realidad, no sé, pero me gustaría aventurar una conjetura que es algo que ver con no volteo se produce. O quizás en algún nivel más profundo es el electrón intrínseca de giro hace que sea lo que es. No cambio un electrón en algo más por el lanzamiento de un fotón. Sólo que a un fotón, en la gamma-gamma de la producción de par.

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