Kvanttiluvuista

Kvanttiluvuista kertoo kvanttimekaanisten järjestelmien diskreetistä arvoista, jotka kuvaavat hiukkasten tiloja ja säilyviä suureita. Termi liittyy erityisesti atomien elektronirakenteeseen, jossa kvanttiluvut seuraavat Schrödingerin yhtälön ratkaisujen reunaehtoja ja aaltofunktion symmetrioita.

Yleisimmin käytetyt atomikvanttiluvut ovat pääkvanttiluku n (positiivinen kokonaisluku, energiatason suuruus), orbitaalinen kulmakvanttiluku l (0 ≤ l ≤ n−1, määrää elektronin kulma‑momentin ja orbitalin muodon, käytännössä merkintöinä s, p, d, f), magneettinen kvanttiluku m_l (−l ... +l, orbitalin orientaatio) ja spin‑kvanttiluku m_s (esim. ±1/2, elektronin sisäinen kulmamomentti). Spin‑orbitaaliyhteisvaikutus johtaa kokonaistilaa kuvaaviin kvanttilukuihin j ja m_j. Pauli‑poissulkuperiaate estää kahden fermionin saman kvanttitilan yhtäläisyyden.

Kvanttiluvut määräävät atomiorbitaalien energiat, elektronikonfiguraatiot ja valonsiirtymien valintaehtoja (esim. sähködipolimagneettisissa siirtymissä Δl = ±1). Monielektronisissa atomeissa ja molekyyleissä käytetään edelleen termiä ja lisäkvanttilukuja (esim. kokonaisspin S, termimerkintä 2S+1L_J) sekä likimääräisiä laskumenetelmiä.

Kvanttiluvut ovat laajempi käsite myös ydin- ja hiukkasfysiikassa, joissa ne liittyvät symmetrioihin ja säilyviin suureisiin (pariteetti, isospin, baryoniluku jne.), ja ne ovat keskeisiä kvanttisysteemien luokittelussa ja ennustamisessa.