Efekt Zeemana

Z Wikipedii

Rozszczepienie linii sodu.^[1]

Efekt Zeemana jest to zjawisko fizyczne, które polega na rozszczepieniu obserwowanych linii spektralnych na składowe, gdy próbka emitująca promieniowanie zostaje umieszczona w polu magnetycznym.

Większość poziomów energetycznych w atomach i cząsteczkach jest zdegenerowana ze względu na energię - oznacza to, że istnieje kilka poziomów o tej samej energii. Ponieważ promieniowanie emitowane przez pobudzony atom powstaje w trakcie przejścia elektronu z poziomu o wyższej energii na poziom o niższej energii, zdarza się więc, że wyemitowany foton ma tę samą energię, choć pochodził z przejść między różnymi poziomami i da wkład do tej samej linii spektralnej.

To co odróżnia zdegenerowane poziomy, to inne wielkości fizyczne charakteryzujące elektron w atomie - orbitalny moment pędu, spin, itd. Obecność zewnętrznego pola magnetycznego może znieść degenerację, ponieważ pole fizyczne oddziałuje w różny sposób z elektronami o jednakowej energii, ale o różnym momencie magnetycznym (suma orbitalnego momentu magnetycznego i spinu). Następuje wtedy rozsunięcie się poziomów energetycznych, a dzięki temu pojawiają się nowe wartości dozwolonych przejść elektronowych. W konsekwencji w obserwowanym obrazie promieniowania emitowanego w trakcie przejść elektronowych pojawią się nowe linie spektralne.

Efekt Zeemana po raz pierwszy został zaobserwowany przez holenderskiego fizyka Pietera Zeemana w 1896, który badał za pomocą spektrografu żółte linie D pochodzące od płomienia sodowego umieszczonego między biegunami silnego magnesu trwałego. W roku 1902 za powyższe osiągnięcie został uhonorowany Nagrodą Nobla.

Wyróżnia się dwa rodzaje efektu Zeemana:

1. normalny gdy wartość rozszepienia poziomów może zostać obliczona na podstawie wzoru półklasycznego (czyli takiego jaki wyprowadzono po odkryciu efektu Zeemana, ale jeszcze przed odkryciem spinu), można go zaobserwować gdy spin walencyjnej powłoki atomowej jest równy zero. Wtedy

$\Delta E = m_J B \mu_B\,$