निषिद्ध तंत्र

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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 जिसे किसी विशेष चयनित नियम द्वारा अनुमति नहीं है परन्तु यदि उस नियम से जुड़ा अनुमान नहीं बनाया गया है तो इसकी अनुमति दी जाती हैं।[1] 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 की अनुमति है जो निम्न स्तर पर कार्य करता है।  

उदाहरण के लिए अँधेरे में चमकने वाले फास्फोरसयुक्त पदार्थ,[2] जो प्रकाश को अवशोषित करते हैं और एक उत्तेजित अवस्था बनाते हैं जिसके क्षय में एक चक्रण (भौतिकी) घुमाव सम्मलित होता हैं, और इसलिए विद्युत द्विध्रुव परिवर्तन द्वारा निषिद्ध किया जाता है। परिणामतः प्रकाश का उत्सर्जन धीरे-धीरे मिनटों या घंटों में होता है।

क्या एक परमाणु नाभिक, परमाणु या अणु को एक उत्तेजित अवस्था में पहुँचाना चाहिए और क्या परिवर्तन को नाममात्र ही निषिद्ध करना चाहिए, तब भी उनके सहज घटित होने की संभावना कम होती है। अधिक उपयुक्त रूप से, एक निश्चित संभावना है कि इस प्रकार की उत्तेजित इकाई प्रति इकाई समय में कम ऊर्जा अवस्था में एक निषिद्ध परिवर्तन करेगी; परिभाषा के अनुसार, चयन नियमों द्वारा अनुमत किसी भी परिवर्तन के लिए यह संभावना बहुत कम है। इसलिए, यदि कोई अवस्था एक अनुमत परिवर्तन (या अन्यथा, उदाहरण के लिए टक्करों के माध्यम से) के माध्यम से उत्तेजित कर सकता है, तो किसी भी परिवर्तन के होने से पहने लगभग निश्चित रूप से यह निषिद्ध मार्ग से घटित होता हैं। फिर भी, अधिकांश निषिद्ध संक्रमण केवल अपेक्षाकृत संभावना नहीं हैं: ऐसी अवस्था जो केवल इस तरह से क्षय कर सकते हैं (तथाकथित मितस्थायी अवस्था ) जिनका जीवनकाल साधारणतया क्रमसः मिलीसेकंड से सेकंड तक होता है, जो की अनुमत परिवर्तन के माध्यम से क्षय के लिए एक माइक्रोसेकंड से कम होता हैं। कुछ रेडियोधर्मी क्षय प्रणालियों में, निषेध के कई स्तर प्रत्येक अतिरिक्त इकाई के लिए परिमाण के कई क्रमो के द्वारा जीवन काल को बढ़ा सकते हैं, जिसके द्वारा चयन नियमों के अनुसार सबसे अधिक अनुमत प्रणाली से बाहर परिवर्तन होता है।[citation needed] इस तरह के उत्साहित अवस्थाये वर्षों तक या यहां तक ​​कि कई अरब वर्षों तक (बहुत लंबे समय तक मापा जा सकता है) रह सकती हैं।

रेडियोधर्मी क्षय में

गामा क्षय

उत्तेजित परमाणु नाभिक के गामा क्षय की दर को कम करने की सबसे साधारण प्रकार, उत्तेजित अवस्था के लिए क्षय मार्ग की कमी हैं जो परमाणु गति को 1 क्वांटम इकाई की सबसे साधारण (अनुमत) h चक्रीय कोणीय गति में परिवर्तित कर देता है , और इस प्रकार नाभिक के लिए एक मितस्थायी आइसोमर के अस्तित्व को संभव बनाता है। 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), परन्तु 1 इकाई से अधिक के परिवर्तनों को वर्जित परिवर्तन के रूप में जाना जाता है। निषिद्धता की प्रत्येक कोण (चक्रण की अतिरिक्त इकाई 1 से बड़ी होती है, जो उत्सर्जित गामा किरण को ले जानी चाहिए) परिमाण के लगभग 5 क्रमो द्वारा क्षय दर को रोकती है।[3] टा-180m के समस्थानिकों के क्षय में 8 इकाइयों का उच्चतम ज्ञात चक्रण परिवर्तन होता है, जो 10 35 के दर से करक के इसके क्षय को कम कर देता हैं, जो की 1 इकाई से जुड़ा होता हैं, जिससे की एक प्राकृतिक गामा के अतिरिक्त 10-12 सेकेंड का जीवनकाल कम हो करके, इसका आधा जीवन 1023 सेकंड से अधिक अथवा कम से कम 3 x 1015 वर्ष हो जाता हैं, और इस प्रकार क्षय को संरक्षित करना अभी शेष हैं।

यद्यपि 2, 3, 4, आदि के परमाणु कोणीय संवेग परिवर्तन के साथ गामा क्षय निषिद्ध है, वे केवल अपेक्षाकृत वर्जित हैं, परन्तु 1 इकाई के सामान्य अनुमत परिवर्तन की तुलना में धीमी दर के साथ कार्य करते हैं। चूकि, गामा उत्सर्जन पूर्ण रूप से प्रतिबंधित है, जब नाभिक प्रारम्भ होता है और शून्य-चक्रण स्थिति में समाप्त होता है, तब ऐसा उत्सर्जन कोणीय गति को संरक्षित नहीं करता हैं। ये परिवर्तन गामा क्षय द्वारा नहीं हो सकते हैं, लेकिन किसी अन्य मार्ग से आगे बढ़ना चाहिए, जैसे कि कुछ कार्यो में बीटा क्षय, या आंतरिक रूपांतरण में, जहां बीटा क्षय का स्वीकृत नहीं किया जाता है।

बीटा क्षय

बीटा क्षय को उत्सर्जित विकिरण के L-मान के अनुसार वर्गीकृत किया जाता हैं। गामा क्षय के विपरीत, बीटा क्षय शून्य के चक्रण के साथ एक नाभिक से आगे जा सकता है और यहां तक ​​​​कि नाभिक के लिए समानता भी शून्य चक्रण और समता (फर्मी परिवर्तन) के साथ हो सकता है। यह संभव है क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो चक्रण के विपरीत हो सकते हैं (शून्य का एक विकिरण कुल कोणीय गति देता हैं), इस प्रकार प्रारंभिक अवस्था के कोणीय वेग संरक्षित रहता हैं भले ही नाभिक उत्सर्जन से पहले और बाद में शून्य-चक्रण पर रहता है। इस प्रकार का उत्सर्जन पूर्ण-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 चक्रण हैं, और यह अनुमत हैं। इस प्रकार का उत्सर्जन (गैमो-टेलर परिवर्तन) क्षतिपूर्ति के लिए परमाणु चक्रण को 1 से परिवर्तित देता है। उत्सर्जित विकिरण (2, 3, 4, आदि) के उच्च कोणीय संवेग वाली अवस्थाये वर्जित हैं और उनके बढ़ते कोणीय संवेग द्वारा निषिद्धता की के कोण में दर्शाये 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

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।[4] प्रयोगशाला में दोहरा बीटा क्षय देखा गया है, उदा. में 82
Se
.[5] भू-रासायनिक प्रयोगों ने कई समस्थानिकों में इस दुर्लभ प्रकार के वर्जित क्षय को भी पाया है।[6] 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।[7] 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।[8]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। [9] 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]।[8]


संदर्भ

  1. ↑ Philip R. Bunker; Per Jensen (2006). आणविक समरूपता और स्पेक्ट्रोस्कोपी. NRC Research Press. p. 414. ISBN 978-0-660-19628-2.
  2. ↑ Lisensky, George C.; Patel, Manish N.; Reich, Megan L. (1996). "Experiments with Glow-in-the-Dark Toys: Kinetics of Doped ZnS Phosphorescence". Journal of Chemical Education. 73 (11): 1048. Bibcode:1996JChEd..73.1048L. doi:10.1021/ed073p1048. ISSN 0021-9584.
  3. ↑ "14.20 Gamma Decay".
  4. ↑ "Beta decay types" (PDF).
  5. ↑ Elliott, S. R.; Hahn, A. A.; Moe; M. K. (1987). "Direct evidence for two-neutrino double-beta decay in 82Se". Physical Review Letters. 59 (18): 2020–2023. Bibcode:1987PhRvL..59.2020E. doi:10.1103/PhysRevLett.59.2020. PMID 10035397.
  6. ↑ Barabash, A. S. (2011). "Experiment double beta decay: Historical review of 75 years of research". Physics of Atomic Nuclei. 74 (4): 603–613. arXiv:1104.2714. Bibcode:2011PAN....74..603B. doi:10.1134/S1063778811030070. S2CID 118716672.
  7. ↑ Kolesov, R.; et al. (2012). "एक क्रिस्टल में एकल दुर्लभ-पृथ्वी आयन का ऑप्टिकल पता लगाना". Nature Communications. 3: 1029. Bibcode:2012NatCo...3.1029K. doi:10.1038/ncomms2034. PMC 3432461. PMID 22929786.
  8. ↑ 8.0 8.1 І.А. Климишина; А.О. Корсунь, eds. (2003). "Заборонені лінії" (PDF). Астрономічний енциклопедичний словник [Encyclopedic Dictionary of Astronomy] (in українська). Lviv: ЛНУ—ГАО НАНУ. p. 161. ISBN 966-613-263-X.
  9. ↑ Mäckel, V.; Klawitter, R.; Brenner, G.; Crespo López-Urrutia, J. R.; Ullrich, J. (2011). "Laser Spectroscopy on Forbidden Transitions in Trapped Highly Charged Ar13+ Ions". Physical Review Letters. American Physical Society. 107 (14): 143002. Bibcode:2011PhRvL.107n3002M. doi:10.1103/PhysRevLett.107.143002. PMID 22107188.


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.
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