Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Зеемана эффект

Зеемана эффект (далее З) расщепление спектральных линий под действием поля. Открыто в 1896 П. Зееманом при исследовании свечения паров в поле. Для наблюдения З источник света, испускающий линейчатый спектр, располагается между полюсами мощного электромагнита (рис. 1). При этом каждая спектральная линия расщепляется на несколько составляющих. Расщепление весьма незначительно (для полей ~ 20 кэ составляет несколько десятых ), поэтому для наблюдения З применяют спектральные приборы с высокой разрешающей способностью.

  Все компоненты зеемановского расщепления поляризованы (см. Поляризация света). Картина расщепления и поляризация компонент зависят от направления наблюдения. В простейшем случае в направлении, перпендикулярном направлению поля (поперечный З), обнаруживаются (рис. 2) 3 линии: несмещенная p-компонента, поляризованная по направлению поля, и 2 симметрично по отношению к ней расположенные s-компоненты, поляризованные перпендикулярно полю. При наблюдении в направлении поля (продольный З) остаются только s-компоненты, поляризованные в этом случае по кругу.

  Первое объяснение З дал Г. Лоренц в 1897. Он рассматривал электрон в как гармонический осциллятор частоты излучающий в отсутствие внешнего поля спектральную линию этой частоты. В однородном внешнем поле Н движение линейно колеблющегося электрона можно разложить на линейное колебание вдоль направления поля и два круговых колебания (с противоположными направлениями вращения) в плоскости, перпендикулярной Н (рис. 3). На линейное колебание поле Н не действует, и его частота остается равной v0; частоты круговых составляющих изменяются, т.к. электрон в поле получает дополнит. вращение вокруг направления поля с частотой Dv = 1/4p(e/me) Н, где е/ме - отношение заряда электрона к его массе (см. Лармора прецессия). Частоты этих колебаний становятся равными v1 = v0 + Dv и v2 =vo - Dv. Т. о., в поле испускает 3 линии с частотами v0, v1 и v2 (зеемановский триплет). Такая картина расщепления - простой (или нормальный) З - получается только для одиночных спектральных линий (см. Атомные спектры), а также в предельном случае очень сильных полей (эффект Пашена - Бака). Как правило, наблюдается более сложная картина: спектральная линия расщепляется на большее число компонент с различными значениями Dv - сложный (или аномальный) З; получается спектральная группа равноотстоящих p-компонент и две симметрично от нее расположенные группы равноотстоящих s-компонент.

  Полное объяснение З дает квантовая теория. Квантовая система, например обладает моментом m, который связан с механическим моментом количества движения М и может ориентироваться в поле только определенным образом. Число возможных ориентаций m равно степени вырождения уровня энергии (см. Вырождение), т. е. числу возможных состояний с данной энергией Е. В поле каждой ориентации m соответствует своя дополнительная энергия DЕ. Это приводит к снятию вырождения - уровень расщепляется.

  Дополнительная энергия DE пропорциональна величине напряженности поля Н:

  E=-m,

  где m - проекция m на направление поля Н. В поле m принимает дискретные значения, равные - gmБm, где g - Ланде множитель, mБ - магнетон Бора, m - квантовое число (m = J; J-1,... -J, где J - квантовое число, определяющее возможные значения М; см. Квантовые числа). В результате дополнительная энергия

  DEm = -m = gmБН·m

  различна для различных квантовых чисел и уровень энергии Е расщепляется на 2J + 1 равноотстоящих зеемановских подуровней. Расстояние между соседними подуровнями Em иЕm+1 равно:

  d = DEm+1 - DEm = gmБН = gDE0

  где DЕ0 = mБН - величина т. н. нормального расщепления.

  Если для уровней E1 и E2, между которыми происходит квантовый переход, g1 = g2, то расщепление спектральной линии в поле представляет собой зеемановский триплет. Если g1 ¹ g2, получается сложный З

  Исследование картины З Позволяет определять характеристики уровней энергии различных Наряду с квантовыми переходами между зеемановскими подуровнями различных уровней энергии (З на спектральных линиях) можно наблюдать квантовые переходы между зеемановскими подуровнями одного и того же уровня. Такие переходы происходят под действием излучения частоты

 

  (h - Планка постоянная). В обычных полях частоты таких переходов соответствуют СВЧ-диапазону. Это приводит к избирательному поглощению радиоволн, которое можно наблюдать в парамагнитных веществах, помещенных в постоянное поле (см. Магнитный резонанс, Квантовый усилитель, Электронный парамагнитный резонанс).

  З наблюдается и в молекулярных спектрах, однако расшифровать такие спектры значительно труднее, чем Кроме того, наблюдение З в молекулярных спектрах представляет большие экспериментальные трудности из-за сложности картины расщепления и перекрытия молекулярных спектральных полос. З можно наблюдать также и в спектрах (обычно в спектрах поглощения).

  З применяется не только в спектроскопии для исследования тонкой структуры вещества, но и в устройствах квантовой электроники и для измерения полей в лабораторных условиях и полей космических объектов.

  Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Ельяшевич М. А., и молекулярная спектроскопия, М., 1962; Герцберг Г., Спектры и строение двухатомных молекул, пер. с англ., М., 1949.

  М. А. Ельяшевич.

Рис. 3. Разложение гармонического осциллятора l на линейные осцилляторы lII - вдоль направления поля и l^ - перпендикулярный полю. Осциллятор l^ разлагается на два круговых с противоположными направлениями вращения.
Рис. 3. Разложение гармонического осциллятора l на линейные осцилляторы lII - вдоль направления поля и l^ - перпендикулярный полю. Осциллятор l^ разлагается на два круговых с противоположными направлениями вращения.

Рис. 2. Простой эффект Зеемана: вверху - без поля, линия v0 не поляризована; в середине - при поперечном наблюдении в магнитном поле - триплет с частотами v1, v0, v2 линии поляризованы линейно (направление поляризации показано стрелками); внизу - при продольном наблюдении - дублет с частотами v1,v2, линии поляризованы по кругу в плоскости, перпендикулярной магнитному полю; v1 = v0 + Dv, v2 = v0 - Dv
Рис. 2. Простой эффект Зеемана: вверху - без поля, линия v0 не поляризована; в середине - при поперечном наблюдении в магнитном поле - триплет с частотами v1, v0, v2 линии поляризованы линейно (направление поляризации показано стрелками); внизу - при продольном наблюдении - дублет с частотами v1,v2, линии поляризованы по кругу в плоскости, перпендикулярной магнитному полю; v1 = v0 + Dv, v2 = v0 - Dv


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 08.08.2022 13:55:23