גַּרְעִינִִים אַרְבַּע-קוֹטְבִּיִּים

לְגַרְעִין אַרְבַּע-קוֹטְבִי יֵשׁ סְפִּין גָּדוֹל מֵחֵצִי. לַגַּרְעִינִים אֵלֶּה יֵשׁ סִימֶטְרִיָּה פְּחוּתָה בְּיַחַס לְגַרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין חֲצִי. מוֹמֵנְט הָאַרְבַּע-קוֹטְבִי מִשְׁתַּנֶּה מִגַּרְעִין לְגַרְעִין וּמֵעִיד עַל הָאָסִימֶטְרִיָּה שֶׁלּוֹ.

הָאֵנֶרְגִּיָּה מִתְפַּצֶּלֶת לְרָמוֹת שׁוֹנוֹת כַּאֲשֶׁר הֻפְעַל עָלָיו שָׂדֶה מַגְנֵטִי (תַּרְשִׁים 1). לְהַשְׁוָאָה גַּרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין חֲצִי מִתְפַּצְּלִים לִשְׁתֵּי רָמוֹת. מִסְפַּר הָרָמוֹת נָתוּן בְּ-2n + 1 כַּאֲשֶׁר n הוּא מִסְפַּר הַסְפִּין. צוּרָנִי הַפִּצּוּל נִרְאִים בְּצִמּוּד עִם גַּרְעִינִים אֲחֵרִים.

תַּרְשִׁים 1. רָמוֹת הָאֵנֶרְגִּיָּה לְגַרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּינִים שׁוֹנִים

סִיגְנָלִים שֶׁל גַּרְעִינִים אַרְבַּע-קוֹטְבִּיִּים רְחָבִים מֵאֵלֶּה שֶׁל גַּרְעִינִים בַּעַל סְפִּין חֲצִי בִּגְלַל רֶלָקְסַצְיָה אַרְבַּע-קוֹטְבִי. רֹחַב הַקַּו מַגְבִּיר עִם מְקַדֵּם רֹחַב הַקַּו שֶׁתָּלוּי בַּמּוֹמֵנְט הָאַרְבַּע-קוֹטְבִי שֶׁל הַגַּרְעִינִים, גֹּדֶל וְאָסִימֶטְרִיָּה. לְדֻגְמָה, לְדּוֹטֵרִיּוּם יֵשׁ מְקַדֵּם רֹחַב הַקַּו קָטָן שֶׁל 0.41 fm⁴ עִם מוֹמֵנְט אַרְבַּע-קוֹטְבִי שֶׁל 0.286 fm² וְנוֹתֵן רֹחַב קַו בְּ-HOD שֶׁל 1.7 הֵרְץ. לְעֻמַּת זֹאת לְ-¹⁷O יֵשׁ מְקַדֵּם רֹחַב קַו שֶׁל 2.1 fm⁴ מוֹמֵנְט אַרְבַּע-קוֹטְבִי שֶׁל -2.56 fm² וְנוֹתֵן רֹחַב קַו בְּ-H₂¹⁷O שֶׁל 69 הֵרְץ. יֵשׁ גַּרְעִינִים כְּמוֹ ¹⁹⁷Au וְ-²⁰¹Hg שֶׁנּוֹתְנִים סִיגְנָלִים רְחָבִים מִדַּי לִרְאוֹת בִּסְפֶּקְטְרוֹמֶטֶר רְגִילָה לְהַפְרָדָה גְּבוֹהָה. הַהַשְׁפָּעָה שֶׁל צוּרָה וְגֹדֶל הַמּוֹלֵקוּלָה נִתָּן לְהַדְגִּים בְּתָּמָ"ג ¹⁴N. NH₄⁺ קָטָן וּמְאוֹד סִימֶטְרִי וְנוֹתֵן רֹחַב קַו שֶׁל 0.8 הֵרְץ, NH₃ גַּם קָטָן אַךְ פָּחוֹת סִימֶטְרִי וְנוֹן רֹחַב קַו שֶׁל 16 הָרָץ. אוּרִיָּה גָּדוֹל יוֹתֵר וְעוֹד פָּחוֹת סִימֶטְרִי וְנוֹתֵן רֹחַב קַו שֶׁל 982 הֵרְץ (תַּרְשִׁים 2).

תַּרְשִׁים 2. הַשְׁוָאַת רֹחַב קַו שֶׁל סִיגַנְלִי ¹⁴N. כָּל עוֹד הַמּוֹלֵקוּלָה גְּדוֹלָה יוֹתֵר וְסִימֶטְרִית פָּחוֹת כָּךְ הַסִּיגְנָל רָחָב יוֹתֵר.

בְּתָמָ"ג שֶׁל מַצָּב מוּצָק, שִׁיטוֹת הַמְּדִידָה שֶׁל גַּרְעִינִים אַרְבַּע-קוֹטְבִּיִּים שׁוֹנוֹת מֵאֵלֶּה הַשַּׁיָּכוֹת לַגַּרְעִינִים בַּעַל סְפִּין חֲצִי. כְּמוֹ כֵן יֵשׁ הֶבְדֵּל בֵּין גַּרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין שָׁלֵם וְגַרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין שָׁלֵם וָחֵצִי. גַּרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין שָׁלֵם נוֹתְנִים סְפֶּקְטְרוּמִים רְחָבִים מְאוֹד וְאִלּוּ גַּרְעִינִים בַּעֲלֵי סְפִּין שָׁלֵם וְחֵצִי נוֹתְנִים מַעֲבָר מֶרְכָּזִי צַר יַחֲסִית בְּנוֹסָף לְסִיגְנָל רַב-מִנָּתִי רָחָב מְאוֹד. נִתָּן לְהִשְׁתַּמֵּשׁ בְּמַעֲבָר הַמֶּרְכָּזִי לְקַבֵּל מֵידָע בְּהַפְרָדָה גְּבוֹהָה מֵהַסְּפֶּקְטְרוּם.