ТеорФизика
Стерлитамакский филиал БашГУ

Главная » Статьи » Справочные статьи

Эффект Зеемана

06.08.2008 5411 0.0 Pioneer

Зеемана эффект - расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других систем в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии расщепляются на зеемановские подуровни; при переходах между подуровнями уровней Ei и Ek вместо одной спектральной линии появляется несколько поляризованных компонент. Для одиночных спектральных линий в направлении, перпендикулярном направлению напряженности магнитного поля Н, наблюдается зеемановский триплет - несмещенная относительно первичной линии π-компонента, поляризованная в направлении Н, и две симметричные относительно нее σ-компоненты, поляризованные перпендикулярно Н (простой, или нормальный, Зеемана эффект, рис. 1).



Для дублетов и мультиплетов высших порядков наблюдается сложная картина расщепления: появляется несколько равноотстоящих друг от друга π-компонент и две симметричные относительно них группы σ-компонент (аномальный, или сложный Зеемана эффект). Величина расщепления пропорциональна Н  и относительно мала (для Н~20 кЭ она порядка десятых долей ангстрема). В сильных магнитных полях (полях, вызывающих расщепление порядка мультиплетного и выше) вместо сложного Зеемана эффекта наблюдается зеемановский триплет (Пашена-Бака эффект).

Зеемана эффект обусловлен наличием у квантовой системы (например, атома) магнитного момента μ, который связан с механическим моментом М атома и может ориентироваться в пространстве лишь определенным образом. Число возможных ориентаций момента μ равно степени вырождения уровня энергии. Каждой проекции μH магнитного момента μ на направление Н, соответствует дополнительная энергия, ΔE = - μHH, что приводит к снятию вырождения, уровень расщепляется, т.к. μH принимает значение μH = - gμБm (где g - Ланде множитель; μБ- магнетон Бора; m - магнитное квантовое число), то значение ΔE = БHm для различных m различны. Расстояние между соседними подуровнями δ = БH = gΔE0, где ΔE0 = μБH - величина нормального расщепления. Если для уровней Ei и Ek расщепление одинаково (gi = gk), то наблюдается зеемановский триплет, если gi ≠ gk, - сложный Зеемана эффект.

Исследование картины зеемановского расщепления важно для изучения тонкой структуры атомов и других атомных систем. Наряду с квантовыми переходами между зеемановкими подуровнями, принадлежащими различным уровням энергии (Зеемана эффект на спектральных линях), можно наблюдать магнитные квантовые переходы между подуровнями одного уровня энергии. Такие переходы происходят под действием излучения с частотами ν=δ/h (h - постоянная Планка), лежащими, как правило, в СВЧ диапазоне электромагнитных волн. Это приводит к эффекту избирательного поглощения радиоволн в парамагнитных веществах, помещенных в магнитное поле, - к электронному парамагнитному резонансу. На основе этого эффекта созданы устройства квантовой электроники, в том числе приборы для прецизионного измерения слабых полей (квантовые магнетометры).

Зеемана эффект наблюдается в молекулярных спектрах, однако его наблюдение и расшифровка представляют большие трудности вследствие сложной картины расщепления и перекрытия в них спектральных полос. Зеемана эффект можно наблюдать в спектрах кристаллов (обычно в спектрах поглощения).


Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А.М. Прохоров..- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.