Симметрия квантовой внутримолекулярной динамики

Развиты методы систематического рассмотрения спектра внутримолекулярной динамики на основе только принципов симметрии. Это позволило, в частности, впервые объяснить факт наличия у молекулы вращательного спектра и осуществить корректный анализ внутренней динамики молекул с несколькими равновесными конфигурациями.

При изолированном описании квантовой внутримолекулярной динамики в хорошем приближении можно пренебречь вкладами в гамильтониан, связанными со спинами ядер и электронов. Свойства симметрии чисто координатного гамильтониана определяются свойствами симметрии пространства и времени (внешняя симметрия), а также требованиями по отношению к перестановкам тождественных частиц (внутренняя симметрия). Однако для решения уравнений движения с этим гамильтонианом методами теории возмущений (наиболее реальный путь и при аналитическом, и при численном подходе) оказывается необходимым дополнительно ввести для характеристики молекулы некоторую внутреннюю геометрическую группу симметрии. Известно, что для жестких молекул в этом качестве следует выбрать точечную группу их единственной равновесной конфигурации. Но даже для данного простейшего случая остается открытым вопрос об области применимости точечной группы, что связано с отсутствием определенной точки зрения на ее природу. Важным положением развиваемого в ИПФ РАН (А.В.Буренин) подхода является утверждение, что это неявная или динамическая инвариантная группа симметрии задачи о внутреннем координатном движении. Следствием такой точки зрения является серьезное изменение некоторых общих представлений о молекулярной системе. Эти изменения касаются не только собственно молекулы, но и ряда других квантовых микросистем, также требующих введения внутренней геометрической группы для работы методами теории возмущений. Для них анализ свойств симметрии должен предварять написание приближенных уравнений движения. Признаком, отличающим такие микросистемы, является наличие у них вращательного спектра. В этом плане молекула и атом принципиально различаются.

Описание внутримолекулярной динамики в рамках данного подхода строится исходя лишь из принципов симметрии чисто алгебраическими методами в виде ряда теории возмущений с точностью до некоторых феноменологических констант, которые можно определить, например, из сравнения выводов теории с экспериментом. В настоящее время подобный подход представляется единственно возможным для корректного решения ряда задач внутренней динамики нежестких молекул (молекул с несколькими независимыми равновесными конфигурациями). На этой основе проведено рассмотрение энергетического спектра для большого числа конкретных молекулярных систем.

Избранные публикации

1. Буренин А.В. Концепция цепочки групп симметрии в теории спектров молекул // УФН, 1993, т.163, №3, с.87-98.

2. Буренин А.В. Качественная внутримолекулярная квантовая динамика // УФН, 1999, т.169, №6, с.673-685.

3. Буренин А.В. Симметрия квантовой внутримолекулярной динамики // УФН, 2002, т.172, №7, с.813-836.

4. Буренин А.В. О физическом смысле молекулярной точечной группы // УФН, 2006, т.176, №8, с.847-856.

5. Буренин А.В. Симметрия квантовой внутримолекулярной динамики, Н.Новгород, ИПФ РАН, 2003, 236с.

6. Буренин А.В. Симметрия квантовой внутримолекулярной динамики, изд. 2-е. Н.Новгород, ИПФ РАН, 2006, 368 с.