квадрупольное взаимодействие

КВАДРУПОЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - взаимодействие системы с внеш. полем (или создающими его источниками), обусловленное наличием у системы квадрупольного момента. К. в. вызывается неоднородностью внеш. поля, к-рая обычно предполагается малой на размере системы l (т. е. поле мало изменяется в пределах системы). Так, энергия системы электрич. зарядов, напр, молекулы или атомного ядра, в электрич. поле E(r)=-Сj₀(r), описываемом плавной гармонич. ф-цией j₀(r) (Dj₀=0) равна

(здесь и далее по повторяющимся индексам i и k производится суммирование). В (1) учтены только первые три электрич. мультипольных момента - полный заряд q, дипольный момент р^е и квадрупольный момент (i, А=1, 2, 3), вычисленные относительно к--л. внутр. точки системы r=0. К. в. отвечает последнее слагаемое в ф-ле (1). Оно описывает изменение энергии системы под действием неоднородности поля E(r), к-рую т. о. неявно характеризует. Это обстоятельство используется, в частности, в спектроскопии ядерного квадрупольного резонанса, позволяющей получать информацию об электронной структуре молекулы путём измерения квадрупольного расщепления энергетич. уровней её резонансных ядер в неоднородном поле окружающих электронов. Если внеш. поле создано нек-рой удалённой системой зарядов, расположенной в области с размером l₀ в окрестности точки R(Rдl, l₀)и обладающей, в свою очередь, мультиполышми моментами q₀, , ,..., то его потенциал (в Гаусса системе единиц) равен

Подстановка (2) в (1) приводит к след. асимптотич. разложению энергии К. в. одной системы зарядов в эл--статич. поле другой:

где . Здесь первый член описывает энергию взаимодействия квадруполя с зарядом q₀, второй - с диполем , третий - с квадруполем . К. в. с зарядом реализуется, напр., при кулоновском возбуждении несферич. ядер на вращат. уровень энергии в процессе рассеяния заряж. частиц ядрами. Собственно квадруполь-квадрупольное взаимодействие с энергией наиб. важно для незаряж. систем с нулевыми дипольными моментами. Такая ситуация имеет место, в частности, при взаимодействии между состоящими из одинаковых атомов двухатомными молекулами в основном состоянии или между атомами с ненулевыми орбитальным (L№0) и полным (I№0, ¹/₂)угл. моментами. Однако при усреднении по всевозможным ориентациям моментов молекул или атомов, напр., в газе, соответствующая сила притяжения (либо отталкивания) обращается в нуль. Последнее справедливо также по отношению к любым силам, обусловленным собственными дипольными или высшими мультипольными моментами частиц. Поэтому, согласно квантовомеханич. расчётам, усреднённые силы между молекулами (или атомами) в газе на больших расстояниях обычно определяются не эл--статич., а высокочастотной эл--магн. энергией наведённого диполь-дипольного взаимодействия U~-1/R⁶, возникающего вследствие деформации одной молекулой электронного облака другой (см. Межмолекулярное взаимодействие). Лит.: Гречишкин В. С., Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах, М., 1973; Бор О., Моттельсон Б., Структура атомного ядра, пер. с англ., т. 2, М., 1977; Гроот С. Р. де Сатторп Л. Г., Электродинамика, пер. с англ., М., 1982; Каплан И. Г., Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий, М., 1982. В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский.