Efek Zeeman

Efek Zeeman adalah pemisahan tingkat energi atom dan garis spektrum menjadi beberapa komponen ketika atom ditempatkan dalam medan magnet eksternal.

Definition

Efek Zeeman adalah pergeseran dan pemisahan tingkat energi atom secara proporsional terhadap medan magnet yang diterapkan, yang timbul dari penggandengan medan dengan momen magnetik total atom; dalam medan lemah, pemisahan bergantung pada bilangan kuantum magnetik yang diskalakan oleh faktor-g Landé.

Scope

Topik ini mencakup interaksi momen magnetik atom dengan medan magnet yang diterapkan: efek Zeeman normal pada sistem tanpa spin, efek Zeeman anomali yang memerlukan spin elektron dan faktor-g Landé, rezim Paschen–Back medan kuat di mana spin dan orbit terpisah, serta polarisasi dan aturan seleksi dari komponen yang dihasilkan. Ini membahas kekuatan medan yang memisahkan rezim-rezim ini.

Core questions

• Bagaimana medan magnet memisahkan tingkat atom menjadi sublevel magnetik?
• Mengapa pola pemisahan bergantung pada spin elektron melalui faktor-g Landé?
• Apa yang terjadi pada pemisahan ketika medan magnet menjadi sangat kuat?
• Polarisasi dan aturan seleksi apa yang mengatur komponen Zeeman?

Key concepts

• Bilangan kuantum magnetik
• Magneton Bohr
• Faktor-g Landé
• Efek Zeeman normal versus anomali
• Pemutusan Paschen–Back
• Komponen sigma dan pi

Key theories

Efek Zeeman normal dan anomali

Dalam medan lemah, tingkat momentum sudut total J terpisah menjadi 2J+1 sublevel yang berjarak sama yang dipisahkan oleh g_J μ_B B; kasus normal (g = 1) dijelaskan secara klasik, sedangkan kasus anomali memerlukan faktor-g Landé yang bergantung pada spin.

Rezim Paschen–Back

Ketika interaksi magnetik melebihi penggandengan spin–orbit, momentum sudut orbital dan spin terpisah dan berpresesi secara independen di sekitar medan, memberikan pola pemisahan yang lebih sederhana yang diatur oleh m_l dan m_s secara terpisah.

Clinical relevance

Efek Zeeman digunakan untuk mengukur medan magnet di bintik matahari dan plasma astrofisika lainnya, untuk membangun magnetometer atom yang sensitif, dan untuk menyediakan pergeseran tingkat yang bergantung pada posisi yang memungkinkan perlambat Zeeman (Zeeman slower) dan perangkap magneto-optik (magneto-optical trap) untuk menahan atom dingin.

History

Zeeman menemukan pelebaran dan pemisahan magnetik garis spektrum pada tahun 1896, dan Lorentz memberikan penjelasan teori elektron klasik yang membuat mereka berbagi Hadiah Nobel. Pola anomali tidak dapat dijelaskan sampai spin elektron dan faktor-g Landé pada pertengahan tahun 1920-an melengkapi gambaran kuantum.

Key figures

• Pieter Zeeman
• Hendrik Lorentz
• Alfred Landé

Seminal works

• zeeman1897
• foot2005

Frequently asked questions

Apa itu magneton Bohr?

Magneton Bohr adalah satuan alami momen magnetik atom, sama dengan momen magnetik yang terkait dengan satu kuantum momentum sudut orbital elektron. Pemisahan Zeeman mudah dinyatakan sebagai kelipatan magneton Bohr dikalikan dengan kekuatan medan.

Bagaimana efek Zeeman digunakan dalam astronomi?

Karena pemisahan sebanding dengan medan magnet, mengukur pemisahan atau polarisasi komponen Zeeman dalam cahaya bintang—yang paling terkenal di bintik matahari—memungkinkan para astronom menentukan kekuatan medan magnet jauh dari Bumi.