3. Ефект Пашена і Бака

При збільшенні напруженості магнітного поля величина розщеплення термів і ліній лінійно залежить від до тих пір, поки крайні спектральні лінії мультиплетів від і не перекриються, тобто коли або коли

. (17.7)

- ларморова частота.

Рис. 17.3. Розщеплення термів літію в слабкому магнітну полі.

дорівнює 2/3 величини спін-орбітального розщеплення рівня.

При подальшому зростанні напруженості магнітного поля виникає нелінійний ефект Зеємана, а при ще більших - аномальний ефект вироджується в нормальний. Це явище називається ефектом Пашена Бака. У ньому замість 10 спектральних ліній, на які розщеплюється дублет у слабкому магнітному полі, виникає нормальний триплет Лоренца. Велике магнітне поле „розриває” спін-орбітальний зв’язок³¹ і окремо взаємодіє з орбітальним моментом та спіном. Вираз для енергії електрона в цьому раз наступний:

Між цими новими термами переходи виникають, коли виконуються правила відбору і . Внаслідок цього виникають 3 спектральні лінії:

. (17.8)

Як видно з формули (17.8), утворюється 3 лінії - основна й два сателіти, тобто утворюється триплет Лоренца. Перетворення аномального ефекту Зеємана в нормальний у сильних магнітних полях називається ефектом Пашена і Бака.³²

Рис.17.4. Схема розщеплення спектральних дублетних ліній при збільшенні напруженості магнітного поля.

Більш точний розгляд ефекту Пашена і Бака (рис.17.4) повинен враховувати спін-орбітальну взаємодію, відповідальну за розщеплення дублету , що призводить до додаткового розщеплення

.

Воно вказує, що в сильних магнітних полях утворюється не 3, а 5 ліній із 10 ліній сателітів дублета в умовах аномального ефекту Зеємана. З 10 ліній 1-ша й 10-та зникають, бо вони заборонені правилами відбору 3-я та 7-ма -лінії зливаються, зливаються також 4-та - та 8-ма -лінії. Залишається 5 ліній: , , і . Розщеплення ліній (4 + 8) і 9 а також для ліній (2 + 5) і 6, становлять 2/3 від величини спін-орбітального розщеплення рівня і не залежать від величини магнітного поля. Для спектрографів обмеженої роздільної здатності ці лінії не розділяються на окремі складові і тому спостерігаються одиночні -лінії. Дивись мультемедійну демонстрацію «Ефект Пашена-Бака».

На наступному рис.17.5 зображена схема розщеплення термів у слабкому та сильному магнітних полях. Видно, що у великому магнітному полі більшому за критичне Зееманівське розщеплення стає більшим за розщеплення ліній дублету через спін-орбітальну взаємодію. „Розривається” спін-орбітальний зв’язок, тобто орбітальний момент і спін незалежно один від одного взаємодіють із магнітним полем. У цьому разі енергія термів буде визначатись не квантовим числом m_J, а квантовими числами і , а точніше . Відлік розщеплення рівнів треба робити від положення нерозщепленого рівня та рівня .

На завершення розгляду ефекту Зеємана слід зауважити, що крім спонтанних переходів можуть мати місце вимушені переходи між розщепленими в магнітному полі рівнями, наприклад, між рівнями та . Ці переходи використовуються в методі ЕПР і були нами розглянуті в попередньому розділі (розділ 16).