甲醇分子的原子核自旋变体的转换

【作者】 王梦真； 樊政； 宁远航； 徐海； 黄浩； 郑沄； 葛美华； 郑雨军； 孙振东；

【机构】 山东大学物理学院；

【摘要】 甲醇是化学的醇类中结构最简单的分子,因为其CH3甲基上的3个氢原子核的自旋方向的不同会形成正甲醇和仲甲醇两种原子核自旋变体1。甲醇又是分子物理学中最简单的非对称陀螺分子,但因为其扭动使得甲醇分子的能级结构很复杂和能级间隔相当密集2。我们分析认为甲醇的核自旋变体内部具有核自旋与转动和核自旋与扭动以及核自旋本身间的量子精细相互作用微扰势能,它可能会使近简并的两种不同的原子核自旋变体间的能级混合起来,造成两种核自旋变体的分子数密度分布不平衡时分子在两种不同能态的能级之间能相互转移而产生重新分布,亦即在量子迁移过程中引起两种核自旋变体的转换。根据高分辨率傅里叶实验观测光谱,我们的计算表明有五对A对称和E对称能级间隔差小于50兆赫兹,其间可能存在相对较强的精细相互作用。我们进一步对这些近简并能级间隔各自所对应的微扰矩阵元作了具体的量子计算。结果分析表明微扰矩阵元的大小会导致两种核自旋变体间的转换率的快慢,而且每一对能级都会对转换率有不同概率大小的贡献。更多还原