超精细相互作用英文解释翻译、超精细相互作用的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 hyperfine interaction

分词翻译：

超的英语翻译：

exceed; go beyond; overtake
【计】 hyperactive
【医】 per-; ultra-

精细的英语翻译：

【计】 fine

相互作用的英语翻译：

reciprocity
【计】 mutual effect
【化】 interaction; interreaction
【医】 interaction

专业解析

超精细相互作用（Hyperfine Interaction）是原子物理学与量子化学中的核心概念，指原子核与核外电子（特别是内层电子或未配对电子）之间的电磁相互作用。该作用源于原子核的磁矩、电四极矩与电子产生的电磁场（如磁场、电场梯度）之间的耦合，导致原子能级的细微分裂，是原子钟、核磁共振（NMR）等技术的基础。

一、物理机制与类型

磁偶极相互作用（Magnetic Dipole Interaction）
原子核磁矩（(vec{mu_I})）与电子磁矩（(vec{muJ})）间的耦合，作用能表示为：

$$ H{MD} = -frac{mu_0}{4pi} frac{vec{mu_I} cdot vec{mu_J}}{r} + frac{3(vec{mu_I} cdot vec{r})(vec{mu_J} cdot vec{r})}{r} $$

该作用导致能级分裂为超精细结构（例如氢原子21cm谱线）。
电四极相互作用（Electric Quadrupole Interaction）
若原子核具有电四极矩（(Q)），且处于非球对称电场梯度环境中（如电子云分布不对称），会产生能级进一步分裂：

$$ H_{EQ} = eQ frac{partial V}{partial z} cdot frac{3I_z - I(I+1)}{4I(2I-1)} $$

常见于核磁共振谱分析中。

二、实验观测与应用

原子钟精度保障
铯原子钟利用基态超精细跃迁（9,192,631,770 Hz）定义国际单位制秒，其稳定性依赖超精细相互作用的精确测量。

材料磁性质研究
穆斯堡尔谱学通过核能级超精细分裂分析材料中铁离子的价态、自旋状态及局域对称性。

量子信息载体
固态系统中（如氮-空位色心），电子自旋与邻近核自旋的超精细耦合用于构建量子比特。

三、理论模型与计算

超精细相互作用常数（(A)）的计算需结合量子力学方法：

Dirac-Hartree-Fock方程：精确描述相对论效应对电子波函数的影响。
密度泛函理论（DFT）：预测分子体系中核磁共振参数（如化学位移）。

权威参考文献

Cohen-Tannoudji, C., Diu, B., & Laloë, F. (1977). Quantum Mechanics. Wiley. （磁偶极作用理论）
Slichter, C. P. (1990). Principles of Magnetic Resonance. Springer. （电四极矩与NMR应用）
NASA Deep Space Atomic Clock Project. (2021). Precision Timekeeping in Space Navigation.
Gütlich, P., Bill, E., & Trautwein, A. X. (2011). Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry. Springer.
Jelezko, F., & Wrachtrup, J. (2006). Single defect centres in diamond: A review. Physica Status Solidi (a), 203(13).

网络扩展解释

超精细相互作用（Hyperfine interaction）是原子核的核矩（如磁矩、电四极矩）与核外电磁场之间的相互作用，导致原子能级和光谱的微小分裂。以下是详细解释：

一、定义与物理机制

基本概念
原子核并非质点，其电荷分布（电四极矩）、自旋角动量和磁矩会与核外电子产生的电磁场相互作用。这种作用比精细结构更微弱，能量变化量级约为$10^{-4}$ eV（对应波数$1 , text{cm}^{-1}$，频率$10 , text{s}^{-1}$）。
主要来源
- 磁偶极作用：核磁矩与电子产生的磁场相互作用。
- 电四极作用：核电四极矩与核外电场的梯度（EFG）相互作用。

二、分类与形式

磁超精细相互作用
由核磁矩（$mu$）与核外磁场（$B$）的耦合引起，数学形式为：
$$ H_{m} = -mu cdot B $$
常见于核自旋与电子轨道/自旋磁场的相互作用。
电四极相互作用
由核电四极矩（$Q$）与电场梯度（$ abla E$）的耦合引起，表达式为：
$$ H{Q} = frac{eQ}{6} sum{i,j} frac{partial E_i}{partial x_j} $$
这种作用仅修正能级位置，不改变能级结构。

三、观测与意义

历史背景
1891年迈克尔逊首次在实验中观察到光谱超精细结构，1924年泡利首次用核自旋和磁矩理论解释这一现象。
应用示例
- 原子钟：利用超精细能级跃迁（如铯原子）实现高精度计时。
- 核磁共振（NMR）：通过核磁矩与外部磁场的相互作用研究物质结构。

四、与精细结构的区别

超精细相互作用引起的分裂比精细结构小约$10$倍，后者源于电子自旋-轨道耦合，而前者源于核性质与电子电磁场的耦合。

如需更深入的技术细节或扩展应用，可参考权威教材或文献（如、2、4的来源）。