En un artículo antiguo, Ehrenfest 1931, la introducción comienza de la siguiente manera:
Los espectros de banda de las moléculas diatómicas simétricas muestran ciertas diferencias notables con respecto a las moléculas asimétricas. Porque cuando los dos núcleos de la molécula son idénticos, la intensidad de las líneas individuales de una banda, en lugar de variar suavemente de una línea a otra, se alterna más o menos marcadamente.
Hay algo llamado peso relativo, definido por la relación entre el número de estados que son simétricos bajo el intercambio de los dos núcleos y el número que son asimétricos. En lenguaje moderno, que la degeneración del estado fundamental nuclear sea . Entonces el peso relativo es si los núcleos son bosones, si fermiones. Si entiendo correctamente, entonces si el estado de rotación de la molécula es , entonces dependiendo de si es par o impar, los dos núcleos pueden tomar una fase relativa , por lo que la degeneración de lo extraño e incluso- Los estados se alternan según los pesos relativos.
Suponiendo que lo anterior sea correcto, solo hay una cosa que realmente no entiendo. ¿Cómo se muestra esto experimentalmente como un patrón alterno de intensidades? ¿De qué tipo de transiciones estamos hablando? M1? E2? ¿Son estos espectros de absorción? ¿Los espectros de emisión? Suponga que llena un estado molecular con algo de espín. Entonces simplemente estamos saltando por una escalera, y me parece que por simple conservación de la probabilidad no puede haber ninguna alternancia de intensidad. ¿O por intensidad en realidad se refieren a la tasa de transición en lugar de lo que un experimentador llamaría intensidad? (Si es así, tengo curiosidad por saber cómo se determinarían estas tasas de transición. ¿A partir de los anchos de línea naturales? ¿De la competencia entre la radiación y las colisiones en una muestra de gas?)
P. Ehrenfest y JR Oppenheimer, "Nota sobre las estadísticas de los núcleos", Phys. Rev. 37 (1931) 333, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.37.333 , DOI: 10.1103/PhysRev.37.333
Esta es una separación real de moléculas según la orientación mutua de ambos espines nucleares. Por ejemplo, la diferencia de energía del ortohidrógeno y el parahidrógeno es suficiente para hervir el 50 % del hidrógeno líquido, ya que el ortohidrógeno cambia lentamente a parahidrógeno.
Puede observar la alternancia de intensidad con cualquier método que pueda resolver las líneas de rotación: absorción, emisión o algo más sofisticado. El oxígeno es uno de los casos extremos: su espín nuclear es cero, por lo que incluso los estados de rotación en el estado electrónico fundamental faltan por completo. Si estudia los espectros de excitación de la banda de Schumann-Runge, encontrará líneas de rotación P(1), P(3),... pero no P(2) y así sucesivamente. Creo que este efecto fue importante en los primeros días de la espectroscopia, cuando la resolución espectral de los instrumentos era más baja, por lo que con cada línea que faltaba, uno podía resolver los espectros mucho mejor. Ver "Espectros de moléculas diatómicas" por G. Herzberg.
gigacian
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