Глава 17. ВПЛИВ МАГНІТНОГО ТА ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛІВ

НА АТОМИ

Ефект Зеємана

Магнітне поле змінює структуру термів і вигляд спектра. Експериментально встановлено, що синглетні лінії в зовнішньому магнітному полі B розщеплюються на три лінії - триплет Лоренца. Величина розщеплення збільшується зі зростанням напруженості магнітного поля B. Більш складні лінії (дублети, триплети тощо) розщеплюються на більшу кількість складових. Це явище вперше спостерігалось Хендриком АнтономЛоренцом та Пітером Зеєманом, за що вони в 1902 році були удостоєні Нобелівської премії. Цей ефект отримав назву ефект Зеємана.

Рис.17.1. Схема установки для спостереження ефекту Зеємана.

Розрізняють два різновидиефекту Зеємана: нормальний або простий і аномальний або складний ефекти. Нормальним ефектом називається розщеплення синглетних спектральних ліній атома, що знаходиться в магнітному полі, на три компоненти, а аномальним ефектом – утворення більш складної структури розщеплення ліній. Схема установки для спостереження ефекту Зеємана наведена на рис.17.1 На ньому також схематично наведені розщеплені спектральні лінії, які спостерігаються у двох напрямках розповсюдження світла: паралельно і перпендикулярно напрямкові магнітного поля. У напрямку, паралельному полю спостерігаються лише сателіти з частотами і круговою - поляризацією[29], а лінія з частотою (при ) відсутня. У перпендикулярному до напрямку спостерігаються три лінії: одна із частотою і лінійною - поляризацією, тобто з коливанням електричного вектора вздовж магнітного поля, та два сателіти з частотами і лінійною - поляризацією, тобто з коливанням електричного вектора в напрямку, перпендикулярному до магнітного поля (триплет Лоренца). Нормальний ефект Зеємана спостерігається лише у випадку розщеплення синглетних ліній, коли сумарний спін електронної оболонки дорівнює нулеві, наприклад, для спектральних ліній парагелію

Рис.17.2. Триплет Лоренца для нормального ефекту Зеємана.

(частота Лармора)

(17.1)

Відомо, що у зовнішньому магнітному полі спектральні терми змінюють свою енергію на величину .

Враховуючи, що , і , одержимо

, (17.2)

де - магнітне квантове число, - магнетон Бора, - магнітна індукція, - фактор Ланде терма, який розраховується за формулою:

, (17.2а)

Терм має квантові числа , і, як показано на схематичному рис.17.2, розщеплюється на три підтерма. Терм має квантове число і не розщеплюється в магнітному полі. Величина розщеплення термів та ліній в цьому випадку буде визначатись лише розщепленням терму і тому