СПИН-ОРБИТА́ЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕ́ЙСТВИЕ

СПИН-ОРБИТА́ЛЬНОЕ ВЗАИ­МОДЕ́Й­СТ­ВИЕ, взаи­мо­дей­ст­вие за­ря­жен­ных час­тиц, об­ла­даю­щих спи­ном (и, сле­до­ва­тель­но, спи­но­вым маг­нит­ным мо­мен­том) и ор­би­таль­ным мо­мен­том. С.-о. в. – ре­ля­ти­ви­ст­ский эф­фект; напр., для элек­тро­на в ато­ме во­до­ро­да энер­гия $Δℰ$ С.-о. в. яв­ля­ет­ся вто­рым чле­ном раз­ло­же­ния по сте­пе­ням $v/c$ ре­ля­ти­ви­ст­ски-ин­ва­ри­ант­но­го Ди­ра­ка урав­не­ния (здесь $v$ – ско­рость элек­тро­на, $c$ – ско­рость све­та). С клас­сич. точ­ки зре­ния $Δℰ$ – это энер­гия спи­но­во­го маг­нит­но­го мо­мен­та, вра­щаю­ще­го­ся по ор­би­те в ку­ло­нов­ском по­ле $φ$ яд­ра. $Δℰ$ про­пор­цио­наль­на гра­ди­ен­ту $φ$ и при­во­дит­ся к ви­ду $$Δℰ=e^2/(2r^3m^2\hbar c)(\boldsymbol l \boldsymbol s),$$ где $e$, $r$, $m$ – элек­трич. за­ряд, ра­ди­ус-век­тор и мас­са элек­тро­на, $\boldsymbol l$ и $\boldsymbol s$ – век­то­ры его ор­би­таль­но­го мо­мен­та и спи­на, $\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка. По­сколь­ку про­ек­ция спи­на электрона на на­прав­ле­ние $\boldsymbol l$ мо­жет при­ни­мать толь­ко два зна­че­ния ($±1/2$, в еди­ни­цах $\hbar$), С.-о. в. при­во­дит к рас­ще­п­ле­нию уров­ней энер­гии в ато­ме во­до­ро­да (и во­до­ро­до­по­доб­ных ато­мах) на 2 близ­ких по­ду­ров­ня – к дуб­лет­ной струк­ту­ре уров­ней (см. Тон­кая струк­ту­ра). У мно­го­элек­трон­ных ато­мов кар­ти­на тон­ко­го рас­ще­п­ле­ния уров­ней энер­гии ока­зы­ва­ет­ся бо­лее слож­ной. Ато­мы ще­лоч­ных ме­тал­лов, у ко­то­рых пол­ный спин элек­тро­нов ра­вен $1/2$, так­же об­ла­да­ют дуб­лет­ной струк­ту­рой уров­ней энер­гии.

С.-о. в. су­ще­ст­ву­ет и у ней­траль­ных час­тиц, напр. у ней­тро­нов, имею­щих и ор­би­таль­ный, и спи­но­вый ме­ха­нич. мо­мен­ты. Весь­ма су­ще­ст­вен­но С.-о. в. в атом­ных яд­рах; его вклад в пол­ную энер­гию взаи­мо­дей­ст­вия дос­ти­га­ет 10%.