[科普中國(guó)]-禁線

禁線或**禁止機(jī)制（forbidden mechanism, forbidden line）**是化學(xué)上的概念，它是原子在量子力學(xué)通常的選擇定則下不被接受的能量轉(zhuǎn)移發(fā)射譜線。1

定義禁線或**禁止機(jī)制（forbidden mechanism, forbidden line）**是化學(xué)上的概念，它是原子在量子力學(xué)通常的選擇定則下不被接受的能量轉(zhuǎn)移發(fā)射譜線。在化學(xué)，“被禁止的”意義是在理想的對(duì)稱情況下，自然的法則下絕對(duì)不可能的。雖然這種轉(zhuǎn)換是在“技術(shù)上被禁止的”，但它們自然發(fā)生的概率并不是零。如果原子或分子被激發(fā)至受激狀態(tài)，雖然蛻變概率是極端的低，但是原子或分子仍然可能做一個(gè)允許的躍遷，經(jīng)由其它另行激發(fā)狀態(tài)，進(jìn)入較低的能級(jí)，而它幾乎一定會(huì)這樣做。

禁線是禁戒躍遷（Forbidden Transition）產(chǎn)生的譜線。禁戒躍遷是指躍遷概率很小的躍遷。通常的譜線是由偶極輻射產(chǎn)生，這是服從選擇定則的。但四極輻射和磁偶極輻射不是絕對(duì)服從選擇定則的，在適當(dāng)條件下雖然違背選擇定則，但也可以觀察到這種躍遷，即為禁戒躍遷。相應(yīng)的譜線即為禁線。

符號(hào)原子或分子的禁線躍遷會(huì)在其符號(hào)的前后加上方括號(hào)作為識(shí)別，例如[O III]或[S II]。

具體內(nèi)容如果從某一高能態(tài)向下的躍遷中既有容許躍遷又有禁戒躍遷﹐那么從這個(gè)高能態(tài)發(fā)出的禁線就絕不可能達(dá)到較大的相對(duì)強(qiáng)度﹐通常也就觀測(cè)不到。只有高能態(tài)是亞穩(wěn)態(tài)(亞穩(wěn)態(tài)即指在該能態(tài)的原子除了進(jìn)行禁戒躍遷之外不能向低能態(tài)躍遷)時(shí)﹐禁線才有可能觀測(cè)到。譜線的強(qiáng)度決定于處于高能態(tài)的原子數(shù)與躍遷概率的乘積。為了使禁線達(dá)到較大的強(qiáng)度﹐必須要求有足夠多的原子停留在亞穩(wěn)態(tài)。但是﹐處于亞穩(wěn)態(tài)的原子還可以通過(guò)其他途徑離開亞穩(wěn)態(tài)。例如在輻射場(chǎng)作用下o原子可能被激發(fā)到更高的能態(tài)或被電離﹐原子也可能與其他粒子碰撞而離開亞穩(wěn)態(tài)。在通常實(shí)驗(yàn)室的條件下﹐禁線不可能出現(xiàn)。只有在輻射密度和物質(zhì)密度都足夠小的條件下﹐禁線才可能有較大的相對(duì)強(qiáng)度。在氣體星云里﹐這兩個(gè)條件都能滿足﹐因此禁線可以出現(xiàn)。在氣體星云的光譜中﹐最強(qiáng)的禁線是二次電離氧[OⅢ]﹐電離氧[OⅡ]﹐電離氮[NⅡ]等。同樣﹐在日冕的物理狀態(tài)也極有利禁線的產(chǎn)生﹐因而在日冕光譜里出現(xiàn)日冕禁線。2

其他領(lǐng)域在天文物理和原子物領(lǐng)域，在極低密度的氣體、等離子體，也就是在外太空或地球極端上層大氣中可以觀測(cè)到禁線。在太空的環(huán)境，每立方公分可能只有幾顆原子，使得原子之間很難發(fā)生碰撞。在這樣的條件下，一旦原子或分子無(wú)論是什么原因被激發(fā)至介穩(wěn)狀態(tài)，幾乎就可以肯定會(huì)經(jīng)由禁線輻射光子釋放能量。由于介穩(wěn)狀態(tài)是相當(dāng)罕見(jiàn)，但禁戒躍遷發(fā)射出的光子在太空中超低密度的氣體中卻占了很大比例。禁戒躍遷在高電荷態(tài)離子中可以產(chǎn)生可見(jiàn)光、真空紫外線、軟X射線、和硬X射線的光子；在某些實(shí)驗(yàn)，像是電子束離子阱和離子儲(chǔ)存環(huán)的例行觀測(cè)中都能檢測(cè)到。在這兩種情況下，氣體的密度都非常低，在產(chǎn)生禁線發(fā)射之前，被激發(fā)的原子不會(huì)與其它的原子發(fā)生碰撞而被再激發(fā)。使用激光光譜技術(shù)，禁制躍遷可以用來(lái)穩(wěn)定目前可用有著最高精度的原子鐘和量子鐘。

氮（[N II]在654.8和658.4奈米）、硫（[S II]在671.6和673.1奈米）、和氧（[O II]在372.7奈米，[O III]在495.9和500.7奈米）的禁線，是在天體物理等離子體最常觀測(cè)到的。這些譜線在行星狀星云和電離氫區(qū)的能量平衡上非常的重要。氫的21公分線能讓很冷的中性氫能被看見(jiàn)，因此在電波天文學(xué)中特別重要。同樣的，在金牛T星的光譜線中的[O I]和[S II]的禁線，意味著氣體的密度非常的低。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所