20. Эффект Зеемана.

В 1896 г. Питер Зееман наблюдал в магнитном поле расщепление спектра линий поглощения атомов натрия. Впоследствии этот экспериментальный факт получил название Эффект Зеемана и обусловлен он тем, что в присутствии магнитного поля атом приобретает дополнительную энергию пропорциональную его магнитному моменту . Приобретенная энергия приводит к снятию вырождения атомных состояний по магнитному квантовому числу и расщеплению атомных линий.

1. Нормальный эффект Зеемана

Если член взаимодействия мал (меньше тонкой структуры т.е. ), его можно рассматривать как возмущение и этот случай называют нормальным эффектом Зеемана. Нормальный эффект Зеемана наблюдается:

• при переходах между синглетными термами ( );

• при переходах между уровнями и ;

• при переходах между уровнями и , поскольку не расщепляется, а расщепляется на три подуровня.

Расщепление связано с чисто орбитальным или чисто спиновым магнитным моментами. Это наблюдается в синглетах He и в группе щелочноземельных элементов, а также в спектрах Zn, Cd, Hg. и поляризация наблюдаются при изменении проекции магнитного момента на и , соответственно.

Аномальный эффект Зеемана

Для всех несинглетных линий спектральные линии атома расщепляются на значительно большее чем три количество компонент, а величина расщепления кратна нормальному расщеплению . В случае аномального эффекта величина расщепления сложным образом зависит от квантовых чисел . Как указано ранее, приобретенная электроном в магнитном поле дополнительная энергия пропорциональна - фактору, который называют множителем Ланде (гиромагнитный множитель, g-фактор) и который дается формулой

где L — значение орбитального момента атома, S — значение спинового момента атома, J — значение полного момента.

Впервые этот множитель ввел Ланде. Работы Ланде являлись продолжением работ Зеемана, поэтому спектры, полученные Ланде в магнитном поле, называют аномальным эффектом Зеемана. Заметим, что эксперимент Зеемана сделан при , т.е. , поэтому никакой надобности в множителях не возникало.

Таким образом, вырожденный энергетический уровень расщепляется на 2J + 1 равноотстояших зеемановских подуровня (где J — максимальное значение модуля магнитного квантового числа m_l = j.

21. Эффект Пашена-Бака.

Эффект Пашена-Бака состоит в том, что в сильных магнитных полях сложное зеемановское расщепление переходит в простое. Сильными следует называть поля напряженностью Н, вызывающие расщепление уровней энергии ΔE = μ_BH (μ_B — магнетон Бора), превышающее расщепление тонкой структуры. В таких полях наблюдается простая структура линий наблюдается зеемановский триплет. Обнаружен Фридрихом Пашеном и Эрнстом Баком в 1912 году.

В эффекте Пашена-Бака, (но все еще меньше величины магнитного поля ). В сверхсильных магнитных полях превышает поле . В этом случае атом больше не существует в обычном смысле. В это случае говорят об уровнях Ландау.

Спектр для нормального (слева) и аномального (справа) случаев.

Таким образом вырожденный энергетический уровень расщепляется на 2J + 1 равноотстояших зеемановских подуровней (где J — максимальное значение модуля магнитного квантового числа m_l = j.