Нормальный эффект Зеемана

Нормальным (простым) эффектом Зеемана называется расщепление спектральной линии на три компоненты (при наблюдении перпендикулярно магнитному полю). Он наблюдается у линий, соответствующих переходам между уровнями с одинаковым фактором Ландеg. В частности, такие линии характерны для перехода между синглетными уровнями, обладающими нулевым суммарным спиновым моментом ().

Рассмотрим переход в атоме кадмия (см. Рис.2, а). И в начальном, и в конечном состояниях:. Подставив эти значения в (5), получим:

, (7)

Согласно правилам отбора (6) ; и мы получаем три компоненты:

, (8)

В действительности имеется девять разрешенных переходов (Рис. 2, а): в магнитном поле уровни расщепляются на () компонент, где– квантовое число момента импульса. Таким образом, уровеньрасщепляется на три подуровня, а уровень– на пять. Однако из-за равенства факторов Ланде начального и конечного состояний энергии некоторых переходов оказываются равными, и в спектре атома в магнитном поле наблюдается 3 спектральных линии – так называемыйзеемановский триплет.

а) б)

Рис. 2 – Расщепление атомных энергетических уровней в магнитном поле и разрешённые переходы: а) нормальный эффект Зеемана; б) аномальный эффект Зеемана.

Аномальный эффект Зеемана

Аномальным (сложным) эффектом Зеемананазывается расщепление линий на число компонент более трёх. Такие линии характерны для переходов между уровнями с ненулевым суммарным спином ().

Рассмотрим переход в атоме кадмия (см. Рис.2, б):

• Начальное состояние :.

.

• Конечное состояние :.

.

Воспользовавшись формулой (5) с учетом правил отбора (6), получим схему переходов, изображённую на Рис.2, б). Список переходов и соответствующие энергетические сдвиги приведены в Таблице 1.

Таблица 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	-1	-1	-1	0	0	0	1	1	1
	-2	-3/2	-1	-1/2	0	1/2	1	3/2	2

Экспериментальная часть Экспериментальная установка

Общий вид экспериментальной установки и её схема представлены на рис.3 и 4.

Линза и линза внутри эталона Фабри-Перо дают почти параллельный пучок света, необходимый для создания интерференционной картины. Линзыипозволяют наблюдать интерференционную картину с помощью телекамеры, соединенной с компьютером.

Для наблюдения красной линии кадмия (λ=643,847 нм) в эталон Фабри-Перо устанавливается красный светофильтр, а для исследования голубой линии (λ=508,588 нм) – соответствующий интерференционный фильтр.

Кроме указанных элементов в состав установки входят: компьютер с монитором, блок питания электромагнита с внешним конденсатором фильтра, мультиметр для измерения тока в электромагните, блок питания спектральной лампы.

Рис. 3 – Экспериментальная установка для изучения эффекта Зеемана.

Рис. 4 – Расположение оптических компонентов на оптической скамье.

1 – Вращающийся столик; 2 – полюсные наконечники электромагнита; 3 – кадмиевая спектральная лампа; 4 – ирисовая диафрагма; 5 – линза с фокусным расстоянием; 6 – эталон Фабри-Перо; 7 – линзас фокусным расстоянием; 8 – анализатор; 9 – линзас фокусным расстоянием; 10 – телекамера.