Спин-орбитальное взаимодействие

Спин-орбита́льное взаимодействие

Взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их орбитального и спинового моментов количества движения и приводящее к т. н. тонкому расщеплению уровней энергии системы (см. Тонкая структура). С.-о. в. — релятивистский эффект (См. Релятивистские эффекты); формально оно получается, если энергию быстро движущихся во внешнем поле частиц находить с точностью до v²/c², где v — скорость частицы, с — скорость света.

Наглядное физическое истолкование С.-о. в. можно получить, рассматривая, например, движение электрона в атоме водорода. Движение вокруг ядра приводит в общем случае к появлению у электрона орбитального механического момента количества движения и (вследствие того, что электрон — заряженная частица) пропорционального ему орбитального магнитного момента. В то же время электрон обладает собственным моментом количества движения — Спином, с которым связан спиновый магнитный момент. Добавки к энергии электрона, вызванные взаимодействием орбитального и спинового магнитных моментов, зависят от взаимной ориентации моментов, т. е. определяются С.-о. в. Так как проекция спина электрона на любое выбранное направление, в данном случае на направление орбитального момента, может принимать два значения + ħ/2 и — ħ/2 (где ħ — постоянная Планка), которым отвечают разные энергии взаимодействия с орбитальным моментом, то С.-о. в. приводит к расщеплению уровней энергии в атоме водорода (и водородоподобных атомах (См. Водородоподобные атомы)) на два близких подуровня (к дублетной структуре уровней). У многоэлектронных атомов С.-о. в. определяется (как правило) взаимодействием полного орбитального и полного спинового моментов электронов, и картина тонкого (мультиплетного) расщепления уровней энергии оказывается более сложной. (Атомы щелочных металлов, у которых полный спин электронов равен ħ/2, также обладают дублетной структурой уровней.)

Наглядное представление о С.-о. в. как взаимодействии магнитных моментов не является общим и может играть лишь вспомогательную роль, поскольку С.-о. в. существует и у нейтральных частиц (например, у нейтронов), имеющих и орбитальный, и спиновый механические моменты. Весьма существенно С.-о. в. нуклонов (протонов и нейтронов) в атомных ядрах, вклад которого в полную энергию взаимодействия достигает 10 %.

Лит. см. при ст. Атом.

В. И. Григорьев.