Co je Zeemanův efekt?
Zeemanův efekt je vlastnost ve fyzice, kde je světlo spektrální linie rozděleno na dvě nebo více frekvencí, když je přítomno magnetické pole. Tato nemovitost je pojmenována po Pieteru Zeemanovi, 20. století z Nizozemska, který získal Nobelovu cenu za fyziku společně s Hendrikem Lorentzem v roce 1902 za objevení tohoto účinku. Vývoj kvantové mechaniky dále modifikoval porozumění Zeemanova jevu určením, které spektrální čáry byly emitovány, když byly elektrony přesunuty z jednoho energetického obalu do druhého na své oběžné dráze atomových jader. Porozumění Zeemanova efektu vedlo k pokroku ve studiích elektronové paramagnetické rezonance a měření magnetických polí v prostoru, jako jsou pole Slunce a dalších hvězd.
Jedním z nejjednodušších způsobů pochopení procesu je uvažování o tom, jak se Zeemanův efekt vyskytuje ve vodíku. Magnetické pole aplikované na spektrální linii přechodu vodíku způsobí interakci s magnetickým dipólovým momentem orbitální úhlové hybnosti pro elektron a rozdělí spektrální čáru na tři linie. Bez magnetického pole je spektrální emise v jedné vlnové délce, která je řízena základními kvantovými čísly.
Zeemanův efekt lze také rozdělit na neobvyklý Zeemanův efekt a normální Zeemanův efekt. Normální Zemanův efekt je charakterizován atomy, jako je vodík, kde dochází k očekávanému přechodu na rovnoměrně rozložené zobrazení trojice spektrálních čar. Při anomálním efektu může magnetické pole místo toho rozdělit spektrální čáry na čtyři, šest nebo více divizí s širšími než očekávanými rozestupy mezi vlnovými délkami. Anomální účinek prohloubil chápání elektronového spinu a je něco mislabelem, protože je nyní předpovězeným účinkem.
Experimentální výsledky studia tohoto jevu dospěly k závěru, že stav spinu nebo orientace elektronu je klíčem ke změně energie, kterou prošel, a proto je typem spektrální emise, kterou vyprodukoval. Pokud by rovina oběžné dráhy pro elektron byla kolmá na použité magnetické pole, pak by v závislosti na jeho rotaci vytvořil pozitivní nebo negativní stav změny energie. Pokud by byl elektron v rovině své oběžné dráhy kolem jádra, stav změny síly nebo energie by byl nulový. To dospělo k závěru, že Zeemanovy štěpné účinky lze vypočítat na základě orbity nebo úhlové hybnosti elektronu vzhledem k použitému magnetickému poli.
Původní pozorování naznačovala, že běžný Zeemanův efekt svědčí o vodíku, kde došlo k rozdělení na tři spektrální čáry, by bylo běžné. Ve skutečnosti se však ukázalo, že jde o výjimku z pravidla. Je tomu tak proto, že rozdělení tří spektrálních čar je založeno na momentu hybnosti nebo na oběžné dráze elektronu kolem jádra, ale stav spinu elektronů má dvojnásobek magnetického momentu momentu hybnosti. Spinový stav je považován za větší faktor, a proto při vytváření Zeemanova jevu a spinové stavy nebo rotace elektronů musí být teoreticky predikovány pomocí kvantové elektrodynamiky.