КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА
целые (0,1,2,...) или полуцелые 1/2,3/2,
5/2,...)числа,
определяющие возможные дискретные значения физич. величин, к-рые характеризуют
квантовые системы (атомное ядро, атом, молекулу) и отдельные элементарные
частицы. Применение К. ч. в квантовой механике
отражает черты дискретности
процессов, протекающих в микромире, и тесно связано с существованием кванта
действия, или Планка постоянной h. К. ч. были впервые введены в
физику для описания найденных эмпирически закономерностей атомных спектров
(см. Атом), однако смысл К. ч. и связанной с ними дискретности нек-рых
величин, характеризующих динамику микрочастиц, был раскрыт лишь квантовой
механикой.
Набор К. ч., исчерпывающе определяющий состояние квантовой системы,
наз. полным. Совокупность состояний, отвечающих всем возможным значениям
К. ч. из полного набора, образует полную систему состояний. Состояние электрона
в атоме определяется четырьмя К. ч. соответственно четырём степеням свободы
электрона (3 степени свободы связаны с тремя координатами, определяющими
пространственное положение электрона, а четвёртая, внутренняя, степень
свободы - с его спином). Для атома водорода и водородоподобных атомов
эти К. ч., образующие полный набор, следующие.
Главное К. ч. и = 1, 2, 3, ... определяет уровни энергии электрона.
Азимутальное (или орбитальное) К. ч. / = О, 1, 2, ...,
-1
задаёт спектр возможных значений квадрата орбитального момента количества
движения электрона: M
Магнитное К. ч. m Магнитное спиновое К. ч., или просто спиновое К. ч., m m Задание состояния электрона с помощью К. ч. п, I, m К. ч. j полного момента количества движениям электрона (орбитального
Магнитное квантовое число полного момента m Те же К. ч. приближённо описывают состояния отдельных электронов в сложных
Для характеристики состояния атома и вообще квантовой системы вводят
К. ч. оказались также удобными для формулировки отбора правил, определяющих
В физике элементарных частиц и в ядерной физике вводится ряд
В широком смысле К. ч. часто называют физич. величины, определяющие
Лит. см. при ст. Атомная физика, Элементарные частицы. Д.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
проекции M
нек-рое, произвольно выбранное, направление (принимаемое за ось z): M
hm
принимать целые значения в интервале от -l до +l (всего 2l
+ 1 значений).
характеризует возможные значения проекции спина электрона и может принимать
2 значения:
m
учитывает т. н. тонкой структуры энергетич. уровней - расщепления уровней
с данным n (при n=>2) в результате влияния спина на орбитальное
движение электрона (см. Спин-орбитальное взаимодействие).
При учёте
этого взаимодействия для характеристики состояния электрона вместо m
m
m
плюс спинового) определяет возможные значения квадрата полного момента:
M2= h2j(j+1) и при заданном l может
принимать 2 значения: j =l / ±1/2.
возможные значения проекции полного момента на ось z, M
(многоэлектронных) атомах (а также состояния отдельных нуклонов - протонов
и нейтронов - в атомных ядрах). В этом случае n нумерует последовательные
(в порядке возрастания энергии) уровни энергии с заданным l. Состояние
же многоэлектронного атома в целом определяется след. К. ч.: К. ч. полного
орбитального момента атома L, определяемого движением всех электронов,
L = O, 1, 2, ...; К. ч. полного момента атома ], к-рое может принимать
значения с интервалом в 1 от j = |L - S| до J = L+S, где S - полный спин
атома (в единицах И); магнитным квантовым числом m
возможные значения проекции полного момента атома на ось z, M
m
ещё одно К. ч.- чётность состояния P, к-рое принимает значения +1
или -1 в зависимости от того, сохраняет волновая функция, определяющая
состояние системы, знак при отражении координат r относительно начала
координат (т. е. при замене r->-r) или меняет его на обратный.
Чётность P для атома водорода равна (-1)l, а для многоэлектронных
атомов (-1)L.
возможные типы квантовых переходов.
др. К. ч. Квантовые числа элементарных частиц - это внутренние характеристики
частиц, определяющие их взаимодействия и закономерности взаимных превращений.
Кроме спина s, к-рый может быть целым или полуцелым числом (в единицах
h),
к
ним относятся: электрический заряд Q - у всех известных элементарных
частиц равен либо О, либо целому числу, положительному или отрицательному
(в единицах величины заряда электрона е); барионный заряд В - равен
О или 1 (для античастиц О, -1); лептонные заряды, или. лептон-ные
числа, - электронное L
О или +1 (для античастиц О, -1); изотопический спин T - целое или
полуцелое число; странность S или гиперзаряд Y (связанный
с S соотношением Y = S+B) - все известные элементарные частицы (или античастицы)
имеют S = O или ±1, ±2, ±3; внутренняя чётность П - К. ч., характеризующее
свойства симметрии элементарных частиц относительно отражений координат,
может быть равна +1 (такие частицы наз. чётными) и -1 (нечётные частицы),
и нек-рые др. К. ч. Эти К. ч. применяются и к системам из неск. элементарных
частиц, в т. ч. к атомным ядрам. При этом полные значения электрич., барионного
и лептонного зарядов и странности системы частиц равны алгебраич. сумме
соответствующих К. ч. отдельных частиц, полный спин и изото-пич. спин получаются
по квантовым правилам сложения моментов, а внутр. чётности частиц перемножаются.
движение квантовомеханич. частицы (или системы), сохраняющиеся в процессе
движения, но не обязательно принадлежащие к дискретному спектру возможных
значений. Напр., энергию свободно движущегося электрона (имеющую непрерывный
спектр значений) можно рассматривать как одно из его К. ч.
В. Гальцов.