Qué le sucede al oxígeno durante la absorción atmosférica de radiación con un pico a 60 GHz

La molécula de oxígeno es inusual porque tiene un estado fundamental que tiene electrones desapareados, y esto significa que tiene un espín neto de uno. Técnicamente, el estado fundamental es un triplete. Esto es inusual porque los estados fundamentales normalmente tienen espín cero, es decir, son singletes. por ejemplo el$\mathrm{N}_2$molécula tiene un estado fundamental singlete.

De todos modos, el espín distinto de cero de la molécula de oxígeno hace que el estado fundamental se divida en un par de niveles estrechamente separados. Este tipo de división se conoce como estructura fina. El espacio entre estos niveles es de 0,246 meV, que corresponde a una frecuencia de 59,4 GHz, es decir, las microondas con una frecuencia de 59,4 Ghz tienen la cantidad justa de energía para provocar transiciones entre los niveles de estructura fina.

Y esto es lo que sucede cuando el oxígeno absorbe microondas a 60 GHz. El espectro de absorción es realmente muy complejo porque la molécula de oxígeno cambia su rotación y salta entre los niveles de estructura fina, por lo que obtenemos un grupo complicado de líneas centradas alrededor de 60 GHz. A la presión atmosférica, las líneas se ensanchan por las colisiones entre las moléculas de oxígeno y solo vemos la curva de absorción ancha característica a 60 GHz. Para resolver las muchas líneas dentro de esta joroba se requiere medir la absorción a presiones muy bajas donde las colisiones entre las moléculas son poco frecuentes.