Hvad er Zeeman-effekten?
Zeeman-effekten er en egenskab i fysik, hvor lyset fra en spektralinje er opdelt i to eller flere frekvenser under tilstedeværelse af et magnetfelt. Ejendommen er opkaldt efter Pieter Zeeman, en fysiker fra det 20. århundrede fra Holland, der vandt Nobelprisen i fysik sammen med Hendrik Lorentz i 1902 for at opdage effekten. Udviklingen af kvantemekanik modificerede yderligere forståelsen af Zeeman-effekten ved at bestemme, hvilke spektrale linier blev udsendt, når elektroner blev flyttet fra et energiskal til et andet i deres kredsløb om atomkerner. Forståelsen af Zeeman-effekten har ført til fremskridt i elektroniske paramagnetiske resonansundersøgelser, såvel som måling af magnetiske felter i rummet, som f.eks. Solens og andre stjerner.
At overveje, hvordan Zeeman-effekten i brint finder sted, er en af de letteste metoder til at forstå processen. Et magnetfelt, der påføres en brintovergangsspektrallinie, vil forårsage en vekselvirkning med det magnetiske dipolmoment for orbital vinkelmomentum for elektronet og opdele den spektrale linje i tre linier. Uden magnetfeltet er spektralemission i en enkelt bølgelængde, der styres af de vigtigste kvanttal.
Zeeman-effekten kan også opdeles i den anomale Zeeman-effekt og den normale Zeeman-effekt. Den normale Zeman-virkning er kendetegnet ved sådanne atomer som brint, hvor der forventes en overgang til en lige stor afstand af en triplet af spektrallinier. I en afvigende virkning kan magnetfeltet i stedet splitte spektrallinierne i fire, seks eller flere opdelinger med bredere end forventet afstand mellem bølgelængderne. Den anomale effekt uddybede forståelsen af elektronspind og er noget af en fejlmærkning, da den nu er en forudsagt effekt.
De eksperimentelle resultater af undersøgelse af dette fænomen konkluderede, at spin-tilstanden eller orienteringen af elektronet var nøglen til den energiændring, den gennemgik, og derfor den type spektrale emission, den producerede. Hvis kredsløbsplanet for en elektron var vinkelret på et anvendt magnetfelt, ville det frembringe en positiv eller negativ energiændringstilstand afhængigt af dens rotation. Hvis elektronet befandt sig i planet for sin bane rundt om kernen, ville nettokraften eller energiforandringstilstanden være nul. Dette konkluderede, at Zeeman-opdelingseffekter kunne beregnes på baggrund af et elektrons bane eller vinkelmoment i forhold til ethvert anvendt magnetfelt.
Originale observationer antydede, at den normale Zeeman-virkning, der blev vidne til med brint, hvor en opdeling til tre spektrale linier forekom, ville være almindelig. I virkeligheden viste det sig dog at være en undtagelse fra reglen. Dette skyldes, at den spektrale linjesplitning er baseret på vinkelmomentum eller en elektronisk bane rundt om kernen, men alligevel har en elektronspindtilstand det dobbelte af det magnetiske momentvinkelmoment. Spinstilstand betragtes som en større faktor, hvorfor man producerer Zeeman-effekten, og spin-tilstande eller elektronrotationer skal teoretisk forudsiges ved hjælp af kvanteelektrodynamik.