Отбора правила

        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 (См. Сохранения законы). 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: ħ — 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 (См. Комбинационное рассеяние света)) — на 0, ±1, ±2.

         Другое важное О. п. связано с законом сохранения полной чётности (См. Чётность) для изолированной квантовой системы (этот закон нарушается лишь слабым взаимодействием (См. Слабые взаимодействия) 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 (См. Запрещенные 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 = ħ² l (l + 1), может изменяться на ± 1 (Δl = 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. ΔL = 0, ±1, а квантовое число S, определяющее полный спиновый момент всех электронов (и Мультиплетность κ = 2S + 1), — приближённому О. п. ΔS = 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 (См. Молекулярные спектры), 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 (См. Барионный заряд) В и, по-видимому, лептонного заряда (См. Лептонный заряд) L, которым соответствуют строгие О. п.: ΔQ = ΔВ = ΔL = 0. Существуют также приближенные О. п. Из изотопической инвариантности (См. Изотопическая инвариантность) сильного взаимодействия следует О. п. по полному изотопическому спину I, ΔI = 0; это О. п. нарушается электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Для сильного и электромагнитного взаимодействий справедливо О. п. по странности S, ΔS = 0; слабые взаимодействия протекают с нарушением этого О. п.: |ΔS| = 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.