ゼーマン効果とは何ですか？

ゼーマン効果は、磁場の存在下でスペクトル線の光が2つ以上の周波数に分割される物理学の特性です。 この施設の名前は、1902年にヘンドリクローレンツとともにノーベル物理学賞を受賞したオランダの20世紀の物理学者であるピータージーマンにちなんで命名されました。 量子力学の発展により、電子が原子核の軌道であるエネルギーシェルから別のエネルギーシェルに移動するときに放出されるスペクトル線を決定することにより、ゼーマン効果の理解がさらに変更されました。 ゼーマン効果の理解は、電子常磁性共鳴研究の進歩、ならびに太陽や他の星の磁場などの宇宙空間における磁場の測定につながりました。

水素のゼーマン効果がどのように起こるかを考えることは、プロセスを理解する最も簡単な方法の1つです。 水素遷移スペクトル線に印加される磁場は、電子の軌道角運動量の磁気双極子モーメントとの相互作用を引き起こし、スペクトル線を3本の線に分割します。 磁場がない場合、スペクトル放射は単一の波長になり、主な量子数によって支配されます。

ゼーマン効果は、異常なゼーマン効果と通常のゼーマン効果に分けることもできます。 通常のゼマン効果は、水素などの原子によって特徴付けられ、スペクトル線の三重項の等間隔表示への予想される遷移が発生します。 異常な効果では、磁場が代わりにスペクトル線を4、6、またはそれ以上の分割に分割し、波長間の間隔が予想よりも広くなる場合があります。 異常な効果は電子スピンの理解を深め、予測された効果であるため、誤ったラベルのようなものです。

この現象を研究した実験結果は、スピン状態、または電子の向きが、受けたエネルギー変化の鍵であり、したがって、それが生成するスペクトル放射のタイプであると結論付けました。 電子の軌道面が印加磁場に垂直である場合、その回転に応じて正または負のエネルギー変化状態を生成します。 電子が核の周りの軌道の平面内にある場合、正味の力またはエネルギー変化状態はゼロになります。 これにより、ゼーマン分裂効果は、任意の印加磁場に対する軌道または電子の角運動量に基づいて計算できると結論付けられました。

元の観測では、水素で目撃された通常のゼーマン効果が一般的であることが示唆されました。 しかし実際には、これはルールの例外であることが判明しました。 これは、3つのスペクトル線分割が角運動量、または核の周りの電子の軌道に基づいているにもかかわらず、電子スピン状態は角運動量の2倍の磁気モーメントを持っているためです。 したがって、スピン状態はゼーマン効果の生成においてより大きな要因とみなされ、スピン状態または電子回転は、量子電気力学を使用して理論的に予測する必要があります。