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Nuclear spin conversion of H$$_2$$, H$$_2$$O, and CH$$_4$$ interacting with diamagnetic insulators

反磁性絶縁体と相互作用する水素,水,メタンの核スピン転換

山川 紘一郎   ; 福谷 克之

Yamakawa, Koichiro; Fukutani, Katsuyuki

複数の水素原子核を回転対称位置に有する分子には核スピン異性体が存在する。各異性体は量子統計によって特定の回転状態のみをとるため、回転状態弁別分光法により識別可能である。異性体間の転換は孤立系では禁制であるのに対し、凝縮系では大幅に加速される。本論文では、単純かつ天文学の分野で重要な水素,水,メタン分子に焦点を当て、反磁性絶縁体の内部または表面で起きる核スピン転換に関する最近の理論・実験研究を解説する。二原子分子と多原子分子の核スピン転換モデルの根本的差異についても明らかにする。

A molecule including two or more hydrogen nuclei in the rotationally symmetric positions exists in nuclear spin isomers according to their resultant spin. Owing to the quantum statistics, the isomers occupy specific rotational states, which enables us to distinguish them by rotationally-resolved spectroscopy. Whereas the interconversion between the isomers are strictly forbidden in the isolated state, it is highly promoted in condensed systems. Focusing on simple and astronomically important molecules of H$$_2$$, H$$_2$$O, and CH$$_4$$, we review recent theoretical and experimental studies on the nuclear spin conversion proceeding on or in diamagnetic insulators. The fundamental difference between the conversion models of diatomic and polyatomic molecules is also clarified.

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