超精細相互作用英文解釋翻譯、超精細相互作用的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 hyperfine interaction

分詞翻譯：

超的英語翻譯：

exceed; go beyond; overtake
【計】 hyperactive
【醫】 per-; ultra-

精細的英語翻譯：

【計】 fine

相互作用的英語翻譯：

reciprocity
【計】 mutual effect
【化】 interaction; interreaction
【醫】 interaction

專業解析

超精細相互作用（Hyperfine Interaction）是原子物理學與量子化學中的核心概念，指原子核與核外電子（特别是内層電子或未配對電子）之間的電磁相互作用。該作用源于原子核的磁矩、電四極矩與電子産生的電磁場（如磁場、電場梯度）之間的耦合，導緻原子能級的細微分裂，是原子鐘、核磁共振（NMR）等技術的基礎。

一、物理機制與類型

磁偶極相互作用（Magnetic Dipole Interaction）
原子核磁矩（(vec{mu_I})）與電子磁矩（(vec{muJ})）間的耦合，作用能表示為：

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

該作用導緻能級分裂為超精細結構（例如氫原子21cm譜線）。
電四極相互作用（Electric Quadrupole Interaction）
若原子核具有電四極矩（(Q)），且處于非球對稱電場梯度環境中（如電子雲分布不對稱），會産生能級進一步分裂：

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

常見于核磁共振譜分析中。

二、實驗觀測與應用

原子鐘精度保障
铯原子鐘利用基态超精細躍遷（9,192,631,770 Hz）定義國際單位制秒，其穩定性依賴超精細相互作用的精确測量。

材料磁性質研究
穆斯堡爾譜學通過核能級超精細分裂分析材料中鐵離子的價态、自旋狀态及局域對稱性。

量子信息載體
固态系統中（如氮-空位色心），電子自旋與鄰近核自旋的超精細耦合用于構建量子比特。

三、理論模型與計算

超精細相互作用常數（(A)）的計算需結合量子力學方法：

Dirac-Hartree-Fock方程：精确描述相對論效應對電子波函數的影響。
密度泛函理論（DFT）：預測分子體系中核磁共振參數（如化學位移）。

權威參考文獻

Cohen-Tannoudji, C., Diu, B., & Laloë, F. (1977). Quantum Mechanics. Wiley. （磁偶極作用理論）
Slichter, C. P. (1990). Principles of Magnetic Resonance. Springer. （電四極矩與NMR應用）
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).

網絡擴展解釋

超精細相互作用（Hyperfine interaction）是原子核的核矩（如磁矩、電四極矩）與核外電磁場之間的相互作用，導緻原子能級和光譜的微小分裂。以下是詳細解釋：

一、定義與物理機制

基本概念
原子核并非質點，其電荷分布（電四極矩）、自旋角動量和磁矩會與核外電子産生的電磁場相互作用。這種作用比精細結構更微弱，能量變化量級約為$10^{-4}$ eV（對應波數$1 , text{cm}^{-1}$，頻率$10 , text{s}^{-1}$）。
主要來源
- 磁偶極作用：核磁矩與電子産生的磁場相互作用。
- 電四極作用：核電四極矩與核外電場的梯度（EFG）相互作用。

二、分類與形式

磁超精細相互作用
由核磁矩（$mu$）與核外磁場（$B$）的耦合引起，數學形式為：
$$ H_{m} = -mu cdot B $$
常見于核自旋與電子軌道/自旋磁場的相互作用。
電四極相互作用
由核電四極矩（$Q$）與電場梯度（$ abla E$）的耦合引起，表達式為：
$$ H{Q} = frac{eQ}{6} sum{i,j} frac{partial E_i}{partial x_j} $$
這種作用僅修正能級位置，不改變能級結構。

三、觀測與意義

曆史背景
1891年邁克爾遜首次在實驗中觀察到光譜超精細結構，1924年泡利首次用核自旋和磁矩理論解釋這一現象。
應用示例
- 原子鐘：利用超精細能級躍遷（如铯原子）實現高精度計時。
- 核磁共振（NMR）：通過核磁矩與外部磁場的相互作用研究物質結構。

四、與精細結構的區别

超精細相互作用引起的分裂比精細結構小約$10$倍，後者源于電子自旋-軌道耦合，而前者源于核性質與電子電磁場的耦合。

如需更深入的技術細節或擴展應用，可參考權威教材或文獻（如、2、4的來源）。