Zeeman-effektus

A Zeeman-effektus az atom vagy a molekula meghatározott energiájának atomszintjének szétválasztását különálló energiák több részszintjére, egy külső mágneses mező hatására. Ezért feloldódik az energiaszint degenerációja. A Zeeman-effektus spektroszkópiával könnyen megfigyelhető: amikor egy fényforrást statikus mágneses mezőbe merítenek , spektrális vonalai több komponensre válnak szét. A hatást Pieter Zeeman holland fizikus fedezte fel, aki 1902 -ben fizikai Nobel-díjat kapott ezért a felfedezéséért.

Történelem

Michael Faraday irányzott hatására mágneses mezők a fénysugárzás , de a korlátozott eszközökkel idején megakadályozta, hogy mutatja ki. A 1896 , Zeeman felfedezte, hogy a spektrális vonalak egy fényforrás alá, mágneses mező több komponensek, mindegyik mutató egy bizonyos polarizációs . Ez a jelenség, amelyet a továbbiakban „ Zeeman-effektusnak ” nevezünk , megerősítette a fény elektromágneses elméletét .

Jelenség

A hatás a mágneses mezőbe merített atomok vagy molekulák energiaszintjének felosztásából ered . A körülményektől függően a spektrális vonalak páratlan számú komponensre oszlanak (és a hatásról azt mondják, hogy "normális", ahogy azt Zeeman és Lorentz megjósolta ), vagy pedig páros számra (és a hatást " anomálinak " nevezik ). - vagy lexikális leegyszerűsítéssel "rendellenes"). Leggyakrabban a mágneses tér nem elég intenzív ahhoz, hogy a vonalak feldarabolódjanak, majd csak kiszélesedésüket figyeljük meg.

Ezenkívül az atom- vagy molekuláris energiaszintek hasítása a különböző szintek közötti átmenet során a kibocsátott (vagy elnyelt) fény polarizációjával jár. Ennek a polarizációnak a jellege és intenzitása a mágneses térnek a megfigyelőhöz viszonyított irányától függ. A látómezőre merőleges mágneses mező esetén az összes komponens lineárisan polarizált, míg a látóvonallal párhuzamosan orientált mágneses mező esetében a megfigyelt polarizáció kör alakú. Míg a spektrális vonalak szélesedésének mérése információt szolgáltat a mező intenzitásáról, a polarizáció elemzése tehát információt nyújt a mágneses mező vektor orientációjáról.

Normális Zeeman-effektus

A normál Zeeman-hatást egy félklasszikus modell segítségével lehet leírni. Ez azt jelenti, hogy az elektront részecskének tekintjük, amely klasszikus módon kering a mag körül. Másrészt a szögimpulzus számszerűsítve van.

Az elektron az r sugarú és az v sebességű pályáján tehát I elektromos áramot képvisel, amelyet a

I = - e \ cdot \ frac {v} {2 \ pi r}

Ez az áram mágneses momentumot generál :

\ vec {\ mu_l} = I \ cdot \ vec {S} = -ev \ frac {r} {2} \ cdot \ hat {n}

A vektor merőleges az elektron pályáján lévő területre. ${\ vec {S}}$

A mágneses momentum az elektron szögimpulzusának (vagy szögimpulzusának) segítségével is kifejezhető :

\ vec {\ mu_l} = - \ frac {e} {2 m_e} \ cdot \ vec {l}

Összehasonlítva a szögimpulzus meghatározásával:

\ vec {l} = \ vec {r} \ times \ vec {p} = m_e \ cdot r \ cdot v \ cdot \ hat {n}

A mágneses mezőben lévő potenciális energia egyenlete ( ): ${\ displaystyle E _ {\ text {pot}} = - {\ vec {\ mu _ {l}}} \ cdot {\ vec {B}}}$

{\ displaystyle E _ {\ text {pot}} = {\ frac {e} {2m_ {e}}} \ cdot {\ vec {l}} \ cdot {\ vec {B}}}

ami már megadja a spektrális vonalak bontását.

Feltételezve, hogy a mágneses mező a z tengelyre mutat , a szögimpulzus ( ) kvantálása egyszerűsíti az egyenletet: ${\ displaystyle l_ {z} = m_ {l} \ cdot \ hbar}$

{\ displaystyle E _ {\ text {pot}} = {\ frac {e \ cdot \ hbar} {2m_ {e}}} m_ {l} \ cdot B = \ mu _ {B} \ cdot m_ {l} \ cdot B}

ahol m a mágneses kvantumszám és a Bohr- mágnes . Az atom belsejében lévő energiaszintek esetében tehát: $\ mu_B$

{\ displaystyle E = E _ {\ text {Kinetics}} + E _ {\ text {Coulomb}} + \ mu _ {B} \ cdot m_ {l} \ cdot B}

A bomlás tehát csak a mágneses számtól függ.

Asztrofizikai alkalmazások

Az asztrofizika , az egyik első kérelmek a Zeeman-effektus felfedezése volt a George Ellery Hale a 1908 az intenzív mágneses mezőt napfoltok. Horace W. Babcocknak 1947- ben sikerült kiterjesztenie ezt a típusú mérést a Napon kívüli más csillagokra is. Ma a napmágneses mező mérését Zeeman-effektus útján naponta, egy műhold fedélzetén lévő műszerek (például a SoHO műhold ) végzik . A csillagfizikában hasonló méréseket végeznek az ESPaDOnS spektroparariméterek a Kanada-Franciaország-Hawaii teleszkópon , és a NARVAL a Bernard Lyot távcsövön a Pic du Midi de Bigorre-ban .

Ezen túlmenően, a mérés a Zeeman-effektus lehetővé teszi, hogy kiszámítja az intenzitás a mágneses mezők a mi Galaxy .

Vegyi alkalmazások

A Zeeman-effektus a mágneses rezonancia spektroszkópiák alapja ( nukleáris és elektronikus ), amelyek lehetővé teszik olyan molekulák detektálását és jellemzését, amelyek energiaszintjét mágneses mezők befolyásolják, ami a szerves molekulákban gyakran előfordul példával.

Megjegyzések és hivatkozások

Kapcsolódó cikk

Stark hatás