Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Электрические и магнитные дипольные моменты и энергия взаимодействия микрочастице внешним полем
Рассмотрим взаимодействие электромагнитного поля с элементами вещества (атомами, молекулами или ионами). Такое взаимодействие возможно благодаря наличию у них дипольных, квадрупольных и мультипольных электрических и магнитных моментов. Для нейтрального атома, содержащего ядро и отрицательно заряженный электрон, дипольный момент равен
р = ег, (5.1)
где г - радиус-вектор, соединяющий ядро с электроном, е - элементарный электрический заряд. Для более сложного атома полный дипольный момент может быть получен как векторная сумма частных моментов.
Если рассматриваемый атом находится во внешнем поле с электрической напряженностью Е, то энергия взаимодействия диполя с полем равна
V = -p-E. (5.2)
При квантовомеханическом рассмотрении величины р, г и Е нужно заменить операторами. Мы будем пользоваться полуклассическим приближением, когда поле рассматривается классически (не квантуется):
У = -р-Ё, (5.3)
где р = er - оператор электродипольного момента. В энергетическом представлении р изображается матрицей с элементами
Рт„ (5.4)
V
где ]/m(r,t) - собственные функции оператора энергии.
Обычно функции |/га, входящие в (5.4), обладают определенной четностью, то есть каждая из этих функций либо четная, либо нечетная функция координат. Тогда при т=п произведение = |у„,|* является четной функцией, а - нечетная функция.
Поэтому диагональные матричные элементы оператора электродипольного момента равны нулю:
А,т=0. (5.5)
Кроме того, те из ртп, которые соответствуют состояниям с одинаковой четностью, также равны нулю. Это означает, что электродиполъные переходы между состояниями с одинаковой четностью запрещены.
Если атом (частица) обладает магнитным моментом ц, то он также будет взаимодействовать с электромагнитным полем за счет составляющей Н :
V = -?H. (5.6)
Самым сильным является электродипольное взаимодействие. Если же ртп = 0, то следует учесть магнитодипольное взаимодействие. При ртп = 0 и Ддш = 0 взаимодействие частицы с полем является слабым и осуществляется за счет квадрупольных и мультипольных электрических моментов.
