Hva er Zeeman-effekten?
Zeeman-effekten er en egenskap i fysikk der lyset fra en spektrallinje deles i to eller flere frekvenser når det er under tilstedeværelse av et magnetfelt. Eiendommen er oppkalt etter Pieter Zeeman, en fysiker fra det 20. århundre fra Nederland som vant Nobelprisen i fysikk sammen med Hendrik Lorentz i 1902 for å ha oppdaget effekten. Utviklingen av kvantemekanikk ytterligere modifiserte forståelsen av Zeeman-effekten ved å bestemme hvilke spektrallinjer som ble sendt ut når elektroner ble flyttet fra et energiskall til et annet i deres bane rundt atomkjerner. Forståelse av Zeeman-effekten har ført til fremskritt i paramagnetiske resonansstudier innen elektronikk, så vel som måling av magnetiske felt i verdensrommet som for eksempel Solen og andre stjerner.
Å tenke på hvordan Zeeman-effekten i hydrogen foregår er en av de enkleste metodene for å forstå prosessen. Et magnetfelt påført en spritlinje med hydrogenovergang vil forårsake en interaksjon med det magnetiske dipolmomentet i vinkelmomentet i bane for elektronet og dele spektrallinjen i tre linjer. Uten magnetfeltet er spektrale emisjoner i en enkelt bølgelengde, som styres av viktigste kvantetall.
Zeeman-effekten kan også deles inn i den anomale Zeeman-effekten og den normale Zeeman-effekten. Den normale Zeman-effekten er preget av slike atomer som hydrogen, hvor en forventet overgang til en like stor avstand viser en trippel spektrallinjer. I en anomal effekt kan magnetfeltet i stedet dele spektrallinjene i fire, seks eller flere divisjoner, med større avstander enn forventet avstand mellom bølgelengdene. Den anomale effekten utdypet forståelsen av elektronspinn, og er noe av en feilmerking, ettersom den nå er en predikert effekt.
De eksperimentelle resultatene av å studere dette fenomenet konkluderte med at spinntilstanden eller retningen til elektronet var nøkkelen til energiforandringen det gjennomgikk, og derfor typen spektralutslipp det produserte. Hvis baneplanet for et elektron var vinkelrett på et påført magnetfelt, ville det produsere en positiv eller negativ energiforandringstilstand avhengig av rotasjonen. Hvis elektronet befant seg i planet for sin bane rundt kjernen, ville nettokraften eller energibytte-tilstanden være null. Dette konkluderte med at Zeeman splittingseffekter kunne beregnes basert på bane, eller vinkelmomentet til et elektron, i forhold til ethvert påført magnetfelt.
Opprinnelige observasjoner antydet at den normale Zeeman-effekten som ble sett med hydrogen, der en splittelse til tre spektrallinjer forekom, ville være vanlig. I virkeligheten viste dette seg imidlertid å være et unntak fra regelen. Dette er fordi den tre spektrale linjesplittingen er basert på vinkelmomentet, eller bane for et elektron rundt kjernen, men likevel har en elektronspinntilstand det dobbelte av det magnetiske momentet for vinkelmomentet. Spinntilstand blir sett på som en større faktor, og derfor produserer Zeeman-effekten, og spinntilstander, eller elektronrotasjoner, må teoretisk forutsettes ved bruk av kvanteelektrodynamikk.