Co to jest efekt Zeemana?
Efekt Zeemana jest właściwością w fizyce, w której światło linii widmowej jest dzielone na dwie lub więcej częstotliwości w obecności pola magnetycznego. Nazwa nieruchomości pochodzi od Pietera Zeemana, XX- wiecznego fizyka z Holandii, który wraz z Hendrikiem Lorentzem w 1902 roku zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie efektu. Rozwój mechaniki kwantowej dodatkowo zmodyfikował rozumienie efektu Zeemana poprzez określenie, które linie widmowe były emitowane, gdy elektrony były przenoszone z jednej powłoki energii na drugą na swojej orbicie jąder atomowych. Zrozumienie efektu Zeemana doprowadziło do postępu w badaniach elektronowego rezonansu paramagnetycznego, a także do pomiaru pól magnetycznych w przestrzeni, takich jak Słońce i inne gwiazdy.
Rozważenie, jak zachodzi efekt Zeemana w wodorze, jest jedną z najłatwiejszych metod zrozumienia tego procesu. Pole magnetyczne przyłożone do linii widmowej przejścia wodoru spowoduje interakcję z momentem dipola magnetycznego orbitalnego momentu pędu elektronu i podzieli linię widmową na trzy linie. Bez pola magnetycznego emisja widmowa odbywa się na jednej długości fali, która jest regulowana przez główne liczby kwantowe.
Efekt Zeemana można również podzielić na anomalny efekt Zeemana i normalny efekt Zeemana. Normalny efekt Zemana charakteryzuje się takimi atomami jak wodór, w których zachodzi oczekiwane przejście w równomiernie rozmieszczone wyświetlanie tripletu linii widmowych. W efekcie anomalnym pole magnetyczne może zamiast tego podzielić linie widmowe na cztery, sześć lub więcej podziałów, z szerszymi niż oczekiwano odstępami między długościami fal. Anomalny efekt pogłębił zrozumienie spinu elektronowego i jest czymś w rodzaju błędnej etykiety, ponieważ jest to teraz efekt przewidywany.
Eksperymentalne wyniki badania tego zjawiska wykazały, że stan spinowy lub orientacja elektronu była kluczem do zmiany energii, którą przeszedł, a zatem do rodzaju emitowanej przez niego widma. Gdyby płaszczyzna orbity dla elektronu była prostopadła do przyłożonego pola magnetycznego, wówczas wytwarzałby dodatni lub ujemny stan zmiany energii w zależności od jego obrotu. Gdyby elektron znajdował się w płaszczyźnie swojej orbity wokół jądra, siła netto lub stan zmiany energii wyniósłby zero. Stwierdzono, że efekty rozszczepienia Zeemana można obliczyć na podstawie orbity lub momentu pędu elektronu w odniesieniu do dowolnego przyłożonego pola magnetycznego.
Oryginalne obserwacje sugerowały, że normalny efekt Zeemana obserwowany za pomocą wodoru, w którym nastąpił podział na trzy linie spektralne, byłby powszechny. W rzeczywistości okazało się to jednak wyjątkiem od reguły. Wynika to z faktu, że podział trzech linii widmowych opiera się na pędzie kątowym lub orbicie elektronu wokół jądra, a jednak stan spinu elektronu ma dwukrotnie większy moment magnetyczny niż moment pędu. Stan spinu jest postrzegany jako większy czynnik, dlatego przy wytwarzaniu efektu Zeemana stany spinu lub rotacje elektronów należy teoretycznie przewidzieć przy użyciu elektrodynamiki kwantowej.