甲醇气体分子的核自旋变体转换理论研究

按照量子力学中的泡利不相容原理,所有原子核自旋不为零的由相同原子组成的分子都具有不同的原子核自旋变体(简称核自旋变体)。甲醇分子(CH_3OH)则有正甲醇和仲甲醇两种核自旋变体。对此,我们之前以分子的精密激光光谱为手段的实验结果证实了这些核自旋变体存在的真实性。在实现了将它们在空间上的部分分离后,观测到了它们向其自然的热平衡态转化的现象。本研究我们对其可能的转换机制和转换理论进行了解析和数值两方面的分析研究。我们构建了甲醇分子正-仲核自旋变体之间转换过程的理论模型。在推导出核自旋-核自旋以及核自旋-转动相互作用的微扰势能矩阵元后,计算了在低压0.8Torr和300K温度下它们间的相互转换率。计算值1.89×10~(-2) s~(-1)对实验值2.28×10~(-2) s~(-1)的相对误差仅为17%。我们还发现用于计算的五组能级对中贡献最大的两组能级对为(υt K~±,J)=(0 4~-,24)-(0 2,25)和(31~+,34)-(3 0,35)。这里υt是内部转动量子数,量子数K是转动量子数J在甲基CH_3分子轴上的投影分量。