«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 22, ¹ 7 (2009)
СПЕКТРОСКОПИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 551.510.42
Вращательная структура колебательных состояний
000, 010, 100, 020 и 100 H2
18O:
спектроскопическая идентификация до J, Ka = 30
и критический анализ опубликованных
экспериментальных уровней энергии и списков линий
Ñ.À. Òàøêóí, Ò.À. Ïóòèëîâà*
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН
634021, ã. Òîìñê, ïë. Академика Çóåâà, 1
Поступила в редакцию 16.12.2008 ã.
H2
18
Впервые представлена спектроскопическая идентификация пяти нижних колебательных состояний
O до J, Ka
18
O.
= 30, основанная на изотопически зависимой функции потенциальной энергии Партриджа–
Швенке. На ее основе проведен анализ опубликованных экспериментальных уровней энергии для этих состояний.
Проведено сравнение расчетных уровней энергий Партриджа–Швенке с уровнями Ширина и др. Результаты
работы будут полезны для поиска и идентификации новых высоковозбужденных состояний H2
Ключевые слова: молекула воды, колебательно-вращательные спектры, идентификация, приписывание,
Партридж–Швенке.
Введение
В последние годы был достигнут значительный
прогресс в теоретическом описании колебательновращательных
состояний молекулы воды [1–5], что
привело, в частности, к созданию ряда расчетных
списков линий [1–7] для основных ее изотопических
модификаций. Основной проблемой, связанной
с использованием этих списков для целей идентификации
новых колебательно-вращательных уровней
энергии, является отсутствие для большей части
переходов спектроскопической номенклатуры (СН)
v1, v2, v3, J, Ka, Kc, основанной на модели нормальных
мод и жесткого волчка. Для уровней, энергии
которых лежат в области применимости таких моделей,
СН можно считать также спектроскопической
идентификацией (СИ). СН и СИ широко используются
спектроскопическим сообществом. СН, например,
применяется в методе эффективных гамильтонианов,
в основе которого лежит метод контактных
преобразований [8].
Современные глобальные методы расчета уровней
энергии, основанные на вариационном методе [9],
а также на методе DVR [10], используют другой
набор квантовых чисел для идентификации уровней.
Этот набор, называемый далее глобальной номенклатурой
(ÃÍ), состоит из трех ÷èñåë: J, C, N.
______________
* Сергей Анатольевич Ташкун (tashkun@rambler.ru);
Татьяна Александровна Путилова (ptabag@sibmail.com).
Выбор ГН обусловлен алгоритмом построения матрицы
молекулярного гамильтониана, представляющего
собой сумму оператора точной кинетической
энергии и функции потенциальной энергии. Матрица
гамильтониана H, записанная в некотором базисе,
является блочно-диагональной относительно вращательного
квантового числа J и колебательно-вращательной
симметрии С. Каждый J–С-блок гамильтониана
H диагонализуется независимо от остальных.
Упорядочивая собственные значения (уровни
энергии) блока Е в порядке возрастания с помощью
индекса N, мы и получаем ГН.
ГН состоит из «хороших» квантовых чисел,
в то время как квантовые числа v1, v2, v3, J, Ka, Kc,
входящие в СН, являются «приближенными» [11].
Необходимость определения СН обусловлена тем,
что для ряда задач спектроскопии они являются необходимой
информацией, используемой для экстраполяционных
расчетов физических характеристик.
Например, для большинства слабых линий H2O прямое
измерение полуширин затруднено. Поэтому, зная
СН верхнего и нижнего состояний линии, можно
рассчитать их, основываясь на теоретической параметрической
модели, записанной в терминах СН,
параметры которой были получены подгонкой к измеренным
полуширинам сильных линий.
К сожалению, определение СН для каждого
расчетного уровня J, C, N, а также установление
взаимно однозначного соответствия между ГН и СН
представляют собой трудную и до сих пор полностью
не решенную задачу. Для ее решения был
Вращательная структура колебательных состояний 000, 010, 100, 020 и 100 H2
18
O…
623
Стр.1