निषिद्ध तंत्र

स्पेक्ट्रोस्कोपी में, निषिद्ध तंत्र (निषिद्ध पारगमन या निषिद्ध रेखा) वर्णक्रमीय रेखा है जो परमाणु नाभिकों, परमाणुओं या अणुओं द्वारा फोटॉन के अवशोषण या उत्सर्जन से जुड़ी होती है जो पारगमन से चलती है है जिसे किसी विशेष चयनित नियम द्वारा अनुमति नहीं है परन्तु अनुमति दी जाती है यदि उस नियम से जुड़ा लगभग नहीं बनाया गया है। उदाहरण के लिए, ऐसी स्थिति में, जहां सामान्य निकटता के अनुसार (जैसे कि प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया के लिए विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण), प्रक्रिया नहीं हो सकती है, परन्तु समीपता के उच्च स्तर पर (जैसे चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण, या विद्युत चतुर्भुज) प्रक्रिया अनुमति है निम्न स्तर पर कार्य करता है

उदाहरण स्फुरदीप्ति ग्लो-इन-द-डार्क सामग्री है, जो प्रकाश को अवशोषित करते हैं और एक उत्तेजित अवस्था बनाते हैं जिसके क्षय में एक स्पिन (भौतिकी) फ्लिप शामिल होता है, और इसलिए विद्युत द्विध्रुव संक्रमणों द्वारा मना किया जाता है। परिणाम धीरे-धीरे मिनटों या घंटों में प्रकाश का उत्सर्जन होता है।

क्या एक परमाणु नाभिक, परमाणु या अणु को एक उत्तेजित अवस्था में उठाया जाना चाहिए और क्या संक्रमण को नाममात्र की मनाही होनी चाहिए, तब भी उनके सहज होने की संभावना कम होती है। अधिक सटीक रूप से, एक निश्चित संभावना है कि इस तरह की उत्तेजित इकाई प्रति इकाई समय में कम ऊर्जा अवस्था में एक निषिद्ध संक्रमण करेगी; परिभाषा के अनुसार, चयन नियमों द्वारा अनुमत या अनुमत किसी भी संक्रमण के लिए यह संभावना बहुत कम है। इसलिए, यदि कोई राज्य एक अनुमत संक्रमण (या अन्यथा, उदाहरण के लिए टक्करों के माध्यम से) के माध्यम से डी-एक्साइट कर सकता है, तो निषिद्ध मार्ग के माध्यम से किसी भी संक्रमण के होने से पहले यह लगभग निश्चित रूप से ऐसा करेगा। फिर भी, अधिकांश निषिद्ध संक्रमण केवल अपेक्षाकृत संभावना नहीं हैं: ऐसे राज्य जो केवल इस तरह से क्षय कर सकते हैं (तथाकथित metastability | मेटा-स्थिर राज्य) आमतौर पर ऑर्डर मिलीसेकंड से सेकंड तक जीवनकाल होता है, जबकि अनुमत संक्रमण के माध्यम से क्षय के लिए एक माइक्रोसेकंड से कम . कुछ रेडियोधर्मी क्षय प्रणालियों में, निषेध के कई स्तर प्रत्येक अतिरिक्त इकाई के लिए परिमाण के कई आदेशों द्वारा जीवन काल को बढ़ा सकते हैं, जिसके द्वारा चयन नियमों के तहत सबसे अधिक अनुमत प्रणाली से परे परिवर्तन होता है। इस तरह के उत्साहित राज्य कई वर्षों तक या यहां तक ​​कि कई अरब वर्षों तक (बहुत लंबे समय तक मापा जा सकता है)।

रेडियोधर्मी क्षय में

गामा क्षय

उत्तेजित परमाणु नाभिक के गामा क्षय की दर को दबाने के लिए सबसे आम तंत्र, और इस प्रकार नाभिक के लिए एक मेटास्टेबल आइसोमर के अस्तित्व को संभव बनाता है, उत्साहित राज्य के लिए एक क्षय मार्ग की कमी है जो परमाणु कोणीय गति को बदल देगा (किसी के साथ) दी गई दिशा) 1 क्वांटम इकाई की सबसे आम (अनुमत) राशि से $\hbar$ स्पिन (भौतिकी) कोणीय गति। गामा-किरण फोटॉन उत्सर्जित करने के लिए इस तरह का परिवर्तन आवश्यक है, जिसकी इस प्रणाली में 1 इकाई का चक्रण है। कोणीय संवेग में 2, 3, 4, और अधिक इकाइयों के अभिन्न परिवर्तन संभव हैं (उत्सर्जित फोटॉन अतिरिक्त कोणीय गति को ले जाते हैं), लेकिन 1 इकाई से अधिक के परिवर्तनों को वर्जित संक्रमण के रूप में जाना जाता है। निषिद्धता की प्रत्येक डिग्री (स्पिन की अतिरिक्त इकाई 1 से बड़ी होती है, जो उत्सर्जित गामा किरण को ले जानी चाहिए) परिमाण के लगभग 5 आदेशों द्वारा क्षय दर को रोकती है। टैंटलम | टा-180m के समस्थानिकों के क्षय में 8 इकाइयों का उच्चतम ज्ञात स्पिन परिवर्तन होता है, जो 10 के कारक द्वारा इसके क्षय को दबा देता है³⁵ उसमें से 1 इकाई से जुड़ा हुआ है, ताकि एक प्राकृतिक गामा के बजाय 10 का आधा जीवन घट जाए^-12 सेकेंड, इसका आधा जीवन 10 से अधिक है²³ सेकंड, या कम से कम 3 x 10¹⁵ साल, और इस प्रकार अभी तक क्षय के लिए मनाया जाना बाकी है।

यद्यपि 2, 3, 4, आदि के परमाणु कोणीय संवेग परिवर्तन के साथ गामा क्षय निषिद्ध है, वे केवल अपेक्षाकृत वर्जित हैं, और आगे बढ़ते हैं, लेकिन 1 इकाई के सामान्य अनुमत परिवर्तन की तुलना में धीमी दर के साथ। हालांकि, गामा उत्सर्जन पूरी तरह से प्रतिबंधित है जब नाभिक शुरू होता है और शून्य-स्पिन स्थिति में समाप्त होता है, क्योंकि ऐसा उत्सर्जन कोणीय गति को संरक्षित नहीं करेगा। ये संक्रमण गामा क्षय द्वारा नहीं हो सकते हैं, लेकिन किसी अन्य मार्ग से आगे बढ़ना चाहिए, जैसे कि कुछ मामलों में बीटा क्षय, या आंतरिक रूपांतरण जहां बीटा क्षय का समर्थन नहीं किया जाता है।

बीटा क्षय

बीटा क्षय को कोणीय संवेग ऑपरेटर | के अनुसार वर्गीकृत किया गया हैL-उत्सर्जित विकिरण का मान। गामा क्षय के विपरीत, बीटा क्षय शून्य के स्पिन के साथ एक नाभिक से आगे बढ़ सकता है और यहां तक ​​​​कि एक नाभिक के लिए समानता भी शून्य और समता (फर्मी संक्रमण) के स्पिन के साथ हो सकता है। यह संभव है क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो स्पिन के विपरीत हो सकते हैं (शून्य का एक विकिरण कुल कोणीय गति देते हुए), इस प्रकार प्रारंभिक अवस्था के कोणीय गति को संरक्षित करते हुए भले ही नाभिक उत्सर्जन से पहले और बाद में स्पिन-शून्य पर रहता है। इस प्रकार का उत्सर्जन अति-अनुमत है जिसका अर्थ है कि यह नाभिक में सबसे तीव्र प्रकार का बीटा क्षय है जो बीटा क्षय प्रक्रिया के साथ प्रोटॉन/न्यूट्रॉन अनुपात में परिवर्तन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं।

बीटा क्षय में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो का अगला संभावित कुल कोणीय संवेग 1 (इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो एक ही दिशा में घूमना) का एक संयुक्त स्पिन है, और इसकी अनुमति है। इस प्रकार का उत्सर्जन (गैमो-टेलर संक्रमण) क्षतिपूर्ति के लिए परमाणु स्पिन को 1 से बदल देता है। उत्सर्जित विकिरण (2, 3, 4, आदि) के उच्च कोणीय संवेग वाले राज्य वर्जित हैं और उनके बढ़ते कोणीय संवेग द्वारा निषिद्धता की डिग्री में रैंक किए गए हैं।

विशेष रूप से, कब L > 0 क्षय को वर्जित कहा जाता है। नाभिकीय चयन नियमों के लिए दो से अधिक L-मानों की आवश्यकता होती है, जिसके साथ दोनों नाभिकीय घुमावों में परिवर्तन होते हैं (J) और समता (भौतिकी) (π)। के लिए चयन नियम Lवर्जित संक्रमण हैं

$\Delta J=L-1,L,L+1;\Delta \pi =(-1)^{L},$

कहाँ Δπ = 1 या −1 क्रमशः समता परिवर्तन या समता परिवर्तन के अनुरूप नहीं है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, फर्मी 0 का विशेष मामला⁺ → 0⁺ संक्रमण (जो गामा क्षय में बिल्कुल वर्जित है) को बीटा क्षय के लिए सुपर-अनुमति के रूप में संदर्भित किया जाता है, और यदि बीटा क्षय संभव है तो यह बहुत तेज़ी से आगे बढ़ता है। निम्न तालिका Δ को सूचीबद्ध करती हैJ और Δπ के पहले कुछ मानों के लिए मानL:

Forbiddenness	ΔJ	Δπ
Superallowed	0+ → 0+	no
Allowed	0, 1	no
First forbidden	0, 1, 2	yes
Second forbidden	1, 2, 3	no
Third forbidden	2, 3, 4	yes

गामा क्षय की तरह, बढ़ती वर्जितता की प्रत्येक डिग्री परिमाण के लगभग 4 से 5 आदेशों के कारक द्वारा शामिल बीटा क्षय प्रक्रिया के आधे जीवन को बढ़ाती है। प्रयोगशाला में दोहरा बीटा क्षय देखा गया है, उदा. में ⁸²
Se
. भू-रासायनिक प्रयोगों ने कई समस्थानिकों में इस दुर्लभ प्रकार के वर्जित क्षय को भी पाया है। औसत आधे जीवन के साथ 10 से अधिक¹⁸ .

ठोस अवस्था भौतिकी में

एर्बियम और Neodymium जैसे दुर्लभ पृथ्वी परमाणुओं में निषिद्ध संक्रमण उन्हें ठोस-अवस्था लेज़िंग मीडिया के लिए डोपेंट के रूप में उपयोगी बनाते हैं। ऐसे मीडिया में, परमाणुओं को एक मैट्रिक्स में रखा जाता है जो उन्हें टकराव से डी-उत्तेजक होने से रोकता है, और उनके उत्साहित राज्यों का लंबा आधा जीवन उत्तेजित परमाणुओं की एक बड़ी आबादी बनाने के लिए वैकल्पिक रूप से पंप करना आसान बनाता है। नियोडिमियम डोप्ड ग्लास नियोडिमियम परमाणु के भीतर वर्जित एफ-एफ संक्रमण से अपने असामान्य रंग को प्राप्त करता है, और इसका उपयोग अत्यधिक उच्च शक्ति ठोस अवस्था लेसरों में किया जाता है। समरूपता द्वारा बल्क अर्धचालक संक्रमणों को भी प्रतिबंधित किया जा सकता है, जो अवशोषण स्पेक्ट्रम के कार्यात्मक रूप को बदलते हैं, जैसा कि तौक प्लॉट में दिखाया जा सकता है।

खगोल भौतिकी और परमाणु भौतिकी में

अत्यधिक कम घनत्व वाली गैसों और प्लाज्मा (भौतिकी) में निषिद्ध उत्सर्जन रेखाएँ देखी गई हैं, या तो बाहरी अंतरिक्ष में या पृथ्वी के अत्यधिक ऊपरी वातावरण में।अंतरिक्ष के वातावरण में, घनत्व केवल कुछ परमाणु प्रति घन सेंटीमीटर हो सकते हैं, जिससे परमाणु टकराव की संभावना कम हो जाती है। ऐसी परिस्थितियों में, एक बार एक परमाणु या अणु किसी भी कारण से मेटा-स्थिर अवस्था में उत्तेजित हो जाता है, तो एक वर्जित-रेखा फोटॉन उत्सर्जित करके इसका क्षय होना लगभग निश्चित है। चूँकि मेटा-स्थिर अवस्थाएँ आम हैं, वर्जित संक्रमण अंतरिक्ष में अल्ट्रा-लो डेंसिटी गैस द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों का एक महत्वपूर्ण प्रतिशत है। अत्यधिक आवेशित आयनों में निषिद्ध संक्रमण जिसके परिणामस्वरूप दृश्यमान, वैक्यूम-पराबैंगनी, सॉफ्ट एक्स-रे और एक्स-रे फोटॉन का उत्सर्जन होता है, कुछ प्रयोगशाला उपकरणों जैसे इलेक्ट्रॉन बीम आयन जाल में नियमित रूप से देखे जाते हैं। और आयन भंडारण के छल्ले, जहां दोनों ही मामलों में अवशिष्ट गैस घनत्व पर्याप्त रूप से कम है, निषिद्ध लाइन उत्सर्जन के लिए परमाणुओं के संपार्श्विक रूप से डी-उत्तेजित होने से पहले होता है। लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग करते हुए, निषिद्ध संक्रमणों का उपयोग परमाणु घड़ियों और क्वांटम घड़ियों को स्थिर करने के लिए किया जाता है जिनकी वर्तमान में उच्चतम सटीकता उपलब्ध है।

नाइट्रोजन की निषिद्ध रेखाएँ ([N II] 654.8 और 658.4 नैनोमीटर पर), गंधक ([S II] 671.6 और 673.1 nm पर), और ऑक्सीजन ([O II] 372.7 nm पर, और दोगुनी आयनीकृत ऑक्सीजन|[O III] पर 495.9 और 500.7 एनएम) आमतौर पर खगोल भौतिकी प्लाज्मा में देखे जाते हैं। ये रेखाएँ ग्रहीय नीहारिकाओं और H II क्षेत्रों के ऊर्जा अर्थशास्त्र के लिए महत्वपूर्ण हैं। वर्जित हाइड्रोजन रेखा |21-सेमी हाइड्रोजन लाइन विशेष रूप से रेडियो खगोल विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह बहुत ठंडे तटस्थ हाइड्रोजन गैस को देखने की अनुमति देती है। इसके अलावा, [O I] और [S II] की उपस्थिति टी-टौरी सितारों के स्पेक्ट्रा में वर्जित रेखाओं का मतलब कम गैस घनत्व है।

अंकन

प्रश्न में परमाणु या आणविक प्रजातियों के चारों ओर वर्गाकार कोष्ठक लगाकर निषिद्ध रेखा संक्रमणों को नोट किया जाता है, उदा। [ओ III] या [एस II]।

अग्रिम पठन

• Osterbrock, D.E., Astrophysics of gaseous nebulae and active galactic nuclei, University Science Books, 1989, ISBN 0-935702-22-9.
• Heinrich Beyer, Heinrich F. Beyer, H.-Jürgen Kluge, H.-J. Kluge, Viatcheslav Petrovich Shevelʹko, X-Ray Radiation of Highly Charged Ions, Springer Science & Business Media, 1997, ISBN 978-3-540-63185-9.
• Gillaspy, John, editor, Trapping Highly Charged Ions: Fundamentals and Applications, Edited by John Gillaspy. Published by Nova Science Publishers, Inc., Huntington, NY, 1999, ISBN 1-56072-725-X.
• Wolfgang Quint, Manuel Vogel, editors, Fundamental Physics in Particle Traps, Springer Tracts in Modern Physics, Volume 256 2014, ISBN 978-3-642-45200-0.