Hiệu ứng Zeeman

Hiệu ứng Zeeman là sự tách các mức năng lượng nguyên tử và các vạch quang phổ thành các thành phần khi nguyên tử được đặt trong một từ trường bên ngoài.

Definition

Hiệu ứng Zeeman là sự dịch chuyển và tách các mức năng lượng nguyên tử tỷ lệ với từ trường tác dụng, phát sinh từ sự ghép nối của trường với tổng mômen từ của nguyên tử; trong các trường yếu, sự tách phụ thuộc vào số lượng tử từ được nhân với hệ số g của Landé.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự tương tác giữa mômen từ của nguyên tử với từ trường tác dụng: hiệu ứng Zeeman bình thường của các hệ không spin, hiệu ứng Zeeman dị thường đòi hỏi spin electron và hệ số g của Landé, chế độ Paschen–Back trường mạnh trong đó spin và quỹ đạo tách rời, và sự phân cực cũng như các quy tắc chọn lọc của các thành phần tạo thành. Nó đề cập đến cường độ trường phân tách các chế độ này.

Core questions

• Từ trường tách một mức nguyên tử thành các mức phụ từ tính như thế nào?
• Tại sao mô hình tách phụ thuộc vào spin electron thông qua hệ số g của Landé?
• Điều gì xảy ra với sự tách khi từ trường trở nên rất mạnh?
• Những phân cực và quy tắc chọn lọc nào chi phối các thành phần Zeeman?

Key concepts

• Số lượng tử từ
• Magneton Bohr
• Hệ số g của Landé
• Hiệu ứng Zeeman bình thường so với dị thường
• Tách Paschen–Back
• Các thành phần sigma và pi

Key theories

Hiệu ứng Zeeman bình thường và dị thường

Trong các trường yếu, một mức có tổng mômen động lượng J tách thành 2J+1 mức phụ cách đều nhau, được phân tách bởi g_J μ_B B; trường hợp bình thường (g = 1) được giải thích theo cổ điển, trong khi trường hợp dị thường đòi hỏi hệ số g của Landé phụ thuộc spin.

Chế độ Paschen–Back

Khi tương tác từ tính vượt quá sự ghép nối spin–quỹ đạo, mômen động lượng quỹ đạo và spin tách rời và tiền sai độc lập quanh trường, tạo ra một mô hình tách đơn giản hơn được chi phối bởi m_l và m_s một cách riêng biệt.

Clinical relevance

Hiệu ứng Zeeman được sử dụng để đo từ trường trong các vết đen mặt trời và các plasma vật lý thiên văn khác, để chế tạo các từ kế nguyên tử nhạy cảm, và để cung cấp các dịch chuyển mức phụ thuộc vị trí cho phép bộ làm chậm Zeeman và bẫy từ-quang giam giữ các nguyên tử lạnh.

History

Zeeman đã phát hiện ra sự mở rộng và tách từ tính của các vạch quang phổ vào năm 1896, và Lorentz đã đưa ra một giải thích theo lý thuyết điện tử cổ điển, giúp họ cùng nhận giải Nobel. Các mô hình dị thường đã không được giải thích cho đến khi spin electron và hệ số g của Landé vào giữa những năm 1920 hoàn thiện bức tranh lượng tử.

Key figures

• Pieter Zeeman
• Hendrik Lorentz
• Alfred Landé

Seminal works

• zeeman1897
• foot2005

Frequently asked questions

Magneton Bohr là gì?

Magneton Bohr là đơn vị tự nhiên của mômen từ nguyên tử, bằng mômen từ liên quan đến một lượng tử mômen động lượng quỹ đạo của electron. Các tách Zeeman thường được biểu thị dưới dạng bội số của magneton Bohr nhân với cường độ trường.

Hiệu ứng Zeeman được sử dụng trong thiên văn học như thế nào?

Vì sự tách tỷ lệ với từ trường, việc đo sự phân tách hoặc phân cực của các thành phần Zeeman trong ánh sáng sao—nổi tiếng nhất là ở các vết đen mặt trời—cho phép các nhà thiên văn học xác định cường độ của từ trường ở xa Trái Đất.