Qual é o efeito Zeeman?
O efeito Zeeman é uma propriedade da física em que a luz de uma linha espectral é dividida em duas ou mais frequências quando sob a presença de um campo magnético. A propriedade recebeu o nome de Pieter Zeeman, físico da Holanda do século XX que ganhou o Prêmio Nobel de Física, juntamente com Hendrik Lorentz em 1902, por descobrir o efeito. O desenvolvimento da mecânica quântica modificou ainda mais a compreensão do efeito Zeeman, determinando quais linhas espectrais eram emitidas à medida que os elétrons eram movidos de uma camada de energia para outra em sua órbita de núcleos atômicos. A compreensão do efeito Zeeman levou ao avanço dos estudos de ressonância paramagnética eletrônica, bem como à medição dos campos magnéticos no espaço, como os do Sol e de outras estrelas.
Contemplar como o efeito Zeeman no hidrogênio ocorre é um dos métodos mais fáceis de entender o processo. Um campo magnético aplicado a uma linha espectral de transição de hidrogênio causará uma interação com o momento dipolar magnético do momento angular orbital do elétron e dividirá a linha espectral em três linhas. Sem o campo magnético, a emissão espectral tem um único comprimento de onda, que é governado pelos principais números quânticos.
O efeito Zeeman também pode ser dividido entre o efeito Zeeman anômalo e o efeito Zeeman normal. O efeito Zeman normal é caracterizado por átomos como o hidrogênio, onde ocorre uma transição esperada para uma exibição igualmente espaçada de um tripleto de linhas espectrais. Em um efeito anômalo, o campo magnético pode, em vez disso, dividir as linhas espectrais em quatro, seis ou mais divisões, com espaçamentos acima do esperado entre os comprimentos de onda. O efeito anômalo aprofundou a compreensão do spin do elétron e é um erro de etiqueta, como agora é um efeito previsto.
Os resultados experimentais do estudo desse fenômeno concluíram que o estado de rotação, ou orientação do elétron, foi fundamental para a mudança de energia pela qual passou e, portanto, o tipo de emissão espectral produzida. Se o plano de órbita de um elétron fosse perpendicular a um campo magnético aplicado, ele produziria um estado de mudança de energia positiva ou negativa, dependendo de sua rotação. Se o elétron estivesse dentro do plano de sua órbita ao redor do núcleo, a força resultante ou o estado de mudança de energia seria zero. Isso concluiu que os efeitos de divisão de Zeeman poderiam ser calculados com base na órbita, ou momento angular de um elétron, em relação a qualquer campo magnético aplicado.
Observações originais sugeriram que o efeito Zeeman normal testemunhado com hidrogênio, onde uma divisão em três linhas espectrais ocorreu, seria comum. Na realidade, isso acabou sendo uma exceção à regra. Isso ocorre porque a divisão de três linhas espectrais é baseada no momento angular, ou órbita de um elétron ao redor do núcleo, mas um estado de rotação do elétron tem o dobro do momento magnético do momento angular. O estado de centrifugação é visto como um fator maior, portanto, na produção do efeito Zeeman, e os estados de centrifugação, ou rotações de elétrons, devem ser teoricamente previstos com a eletrodinâmica quântica.