Глава VI. Взаимодействие атома с электромагнитным полем.

В рамках данной главы мы рассмотрим эффекты Зеемана, Пашена – Бака, Штарка. При помещении атома в магнитное поле, полная энергия атома будет складываться из энергии изолированного атома и энергии взаимодействия атома с полем: . Если магнитное поле невелико, то величина взаимодействия полного магнитного момента атома с магнитным полем будет меньше. Чем спин-орбитальное взаимодействие внутри атома. Поэтому слабое магнитное поле спин-орбитального взаимодействия не разрывает и с магнитным полем взаимодействует полный момент атома, который прецессирует вокруг направления магнитного поля. Если внешнее магнитное поле велико настолько, что взаимодействие орбитального магнитного момента с ним и спинового момента в отдельности больше, чем спин-орбитальное взаимодействие в атоме, то спин-орбитальное взаимодействие разрывается. Этот эффект называется эффектом Пашена – Бака.

§ 6.1. Эффект Зеемана.

Как известно, полный механический момент атома . Тогда проекция на какое-либо направление, в силу пространственного квантования, будет принимать значение. Так как проекция магнитного момента связана с проекцией механического момента через магнетон Бора, то и проекция магнитного момента тоже может принимать значение. Каждой ориентации магнитного момента будет соответствовать своя энергия взаимодействия атома с магнитным полем: . В этом случае . Значит, возможны энергии взаимодействия. Таким образом, и полная энергия атома принимает значение, то есть уровень энергии расщепляется на компоненту, а величина расщепления определяется значениями проекции магнитного момента или механического момента. Так как уровни энергии расщепляются, то спектры атомов существенно усложняются. Для нахождения возможных линий излучения необходимо учесть следующие правила отбора для излучательных переходов:

Каждый из возможных переходов приводит к излучению отдельной линии. Явление расщепления спектральных линий при помещении атома в слабое внешнее магнитное поле называют аномальным (сложным) эффектом Зеемана. Получим выражение для расщепления линий вследствие эффекта Зеемана.

	Полная энергия равна, как было записано выше: . Энергия излучения, при переходе с одного уровня на другой, равна: . Таким образом, изменение частоты будет равно: , . называют величину зеемановского расщепления. Так как взаимодействие магнитного момента с внешним магнитным полем меньше, чем спин-орбитальное взаимодействие, то и величина зеемановского расщепления мала. Частота излучения в случае слабого магнитного поля определяется по формуле: .
Рис. 63
		Определим величину смещения частоты при эффекте Зеемана : . Если величина зеемановского расщепления равна частоте ланморовой прецессии, , то такое расщепление называют нормальным зеемановским расщеплением. Этот эффект имеет место в том случае, когда . Для первого уровня , а . Таким образом, так как , а , то 1. Следовательно, для синглетных уровней. В слабом магнитном поле наблюдается нормальное зеемановское расщепление: .
Рис. 64

Такой эффект называют простым (нормальным) эффектом Зеемана. Так как поле слабое, расщепление Зеемана будет меньше естественного (мультиплетного) расщепления, вызванного спин-орбитальным взаимодействием.