Estat triplet

Eixemples d'àtoms en estats singlete, doblet i triplet.

En física quàntica es denomina triplet a un sistema en tres possibles valors d'espin. Pot consistir en un bosón W o Z en espin de valor 1, dos fermiones idèntics en espin 1/2, o més de dos partícules en un estat en espin total 1 (tals com els electrons en una molècula d'oxigen triplet). Un triplet d'espin és un conjunt de tres estats quàntics d'un sistema, cada u en spin total S = 1 (en unitats de $ℏ$ ).

En física, l'espin és el moment angular intrínsec per a un cos, a diferència del moment angular orbital, que és el moviment del seu centre de massa sobre un punt extern. En la mecànica quàntica, l'espin és particularment important per als sistemes a escala atòmica, tals com àtoms individuals, protones o electrons. Tals partícules, ademés d'atres sistemes mecànic-quàntics posseïxen vàries característiques poc comunes o no clàssiques, i per a tals sistemes, el moment angular d'espin no es poden associar en la rotació, sino que en el seu lloc, es referix només a la presència d'un moment angular.

Casi totes les molècules que es troben en la vida diària existixen en un estat singlete, pero l'oxigen molecular és una excepció. A temperatura ambiente, l'O₂ existix en un estat triplet, lo que requeriria la transició prohibida a un estat singlete ans que una reacció química poguera començar, lo que fa que siga cinéticamente no reactiu a pesar de ser termodinámicamente un oxidant fort. L'activació fotoquímica o tèrmica pot posar-ho en estat singlete, que és fortament oxidants també cinéticament.

Dos partícules d'espin 1/2

En un sistema en dos partícules de spin-1/2 –per eixemple, el protó i l'electró en l'estat fonamental del hidrogen, medit sobre un eix donat–, cada partícula poden o be girar cap a dalt o cap a avall, per lo que el sistema té quatre estats bàsics en total:

↑ ↑, ↑ ↓, ↓ ↑, ↓ ↓

Usem els espin de cada partícula per a etiquetar els estats bàsics, a on la primera i segona flecha en cada combinació indiquen la direcció de gir de la primera i la segona partícula respectivament. Més rigorosament:

| s_{1}, m_{1} ⟩ | s_{2}, m_{2} ⟩ = | s_{1}, m_{1} ⟩ \otimes | s_{2}, m_{2} ⟩

i lloc que per a partícules d'espin 1/2, els estats bàsics $| 1 / 2, m ⟩$ comprenen un espai de dimensió 2, els estats bàsics $| 1 / 2, m_{1} ⟩ | 1 / 2, m_{2} ⟩$ comprenen un espai de dimensió 4. Ara el gir total i la seua proyecció sobre l'eix definit prèviament es poden calcular utilisant les regles per a sumar moment angular en mecànica quàntica utilisant els coeficients Clebsch—Gordan. En general:

| s, m ⟩ = \sum_{m_{1} + m_{2} = m} C_{m_{1} m_{2} m}^{s_{1} s_{2} s} | s_{1} m_{1} ⟩ | s_{2} m_{2} ⟩

Substituint en els quatre estats bàsics:

| 1 / 2, + 1 / 2 ⟩ | 1 / 2, + 1 / 2 ⟩ (↑ ↑)

| 1 / 2, + 1 / 2 ⟩ | 1 / 2, - 1 / 2 ⟩ (↑ ↓)

| 1 / 2, - 1 / 2 ⟩ | 1 / 2, + 1 / 2 ⟩ (↓ ↑)

| 1 / 2, - 1 / 2 ⟩ | 1 / 2, - 1 / 2 ⟩ (↓ ↓)

S'obtenen els valors possibles de spin total daus junt en la seua representació en la base $| 1 / 2, m_{1} ⟩ | 1 / 2, m_{2} ⟩$ . Hi ha tres estats en spin total del moment angular igual a 1:

\begin{matrix} | 1, 1 ⟩ & = ↑ ↑ \\ | 1, 0 ⟩ & = (↑ ↓ + ↓ ↑) / \sqrt{2} \\ | 1, - 1 ⟩ & = ↓ ↓ \end{matrix}} s = 1 (t r i p l e t e)

I un quarto en el moment angular d'espin total de 0.

| 0, 0 ⟩ = (↑ ↓ - ↓ ↑) / \sqrt{2}} s = 0 (s i n g l e t e)

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Estado triplete» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.