Vad är Zeeman-effekten?
Zeeman-effekten är en egenskap i fysiken där ljuset i en spektrallinje delas upp i två eller flera frekvenser när det är under närvaro av ett magnetfält. Fastigheten är uppkallad efter Pieter Zeeman, en fysiker från 1900-talet från Nederländerna som vann Nobelpriset i fysik tillsammans med Hendrik Lorentz 1902 för att ha upptäckt effekten. Utvecklingen av kvantmekanik modifierade ytterligare förståelsen av Zeeman-effekten genom att bestämma vilka spektrallinjer som släpptes ut när elektroner flyttades från ett energiskal till ett annat i deras bana om atomkärnor. Förståelsen av Zeeman-effekten har lett till framsteg i paramagnetiska elektroniska resonansstudier, liksom mätningen av magnetfält i rymden, t.ex. solens och andra stjärnor.
Att fundera över hur Zeeman-effekten i väte sker är en av de enklaste metoderna för att förstå processen. Ett magnetfält applicerat på en väteövergångsspektrallinje kommer att orsaka en växelverkan med det magnetiska dipolmomentet för orbital vinkelmoment för elektronen och dela spektrallinjen i tre linjer. Utan magnetfältet är spektralemission i en enda våglängd, som styrs av huvudkvantantal.
Zeeman-effekten kan också delas in i den anomala Zeeman-effekten och den normala Zeeman-effekten. Den normala Zeman-effekten kännetecknas av sådana atomer som väte, där en förväntad övergång till en lika åtskild visning av en triplett spektrallinjer inträffar. I en avvikande effekt kan magnetfältet istället dela upp spektrallinjerna i fyra, sex eller fler uppdelningar, med bredare än väntat avstånd mellan våglängderna. Den anomala effekten fördjupade förståelsen för elektronspinn och är något av ett felaktigt märke, eftersom det nu är en förutsedd effekt.
De experimentella resultaten av att studera detta fenomen drog slutsatsen att spinntillståndet eller orienteringen av elektronen var nyckeln till den energiförändring som den genomgick och därför typen av spektralemission som den producerade. Om banans plan för en elektron var vinkelrätt mot ett applicerat magnetfält, skulle det ge ett positivt eller negativt energiförändringsläge beroende på dess rotation. Om elektronen befann sig i planet för sin bana runt kärnan, skulle nettokraften eller energiförändringstillståndet vara noll. Detta drog slutsatsen att splittringseffekter från Zeeman kunde beräknas baserat på en elektrons bana eller vinkelmoment i förhållande till alla applicerade magnetfält.
Originalobservationer antydde att den normala Zeeman-effekten som bevittnats med väte, där en uppdelning till tre spektrallinjer inträffade, skulle vara vanlig. I verkligheten visade det sig dock vara ett undantag från regeln. Detta beror på att den tre spektrala linjens uppdelningen är baserad på vinkelmomentet, eller en elektronbana runt kärnan, men ändå har ett elektronspinnstillstånd två gånger magnetmomentet för vinkelmomentet. Spinstillstånd ses som en större faktor, därför måste man producera Zeeman-effekten, och spinntillstånd eller elektronrotationer måste teoretiskt förutsägas med hjälp av kvantelektrodynamik.