Библиотека DJVU
БСЭ
Статистика:
Зеемана эффект
Значение слова "Зеемана эффект" в Большой Советской Энциклопедии
), поэтому для наблюдения Зеемана эффект 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 магнитного поля (поперечный Зеемана эффект), 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 Зеемана эффект) остаются только s-компоненты, поляризованные в этом случае по кругу.
Первое объяснение Зеемана эффект дал Г. Лоренц в 1897. Он рассматривал электрон в атоме как гармонический осциллятор частоты излучающий в отсутствие внешнего поля спектральную линию этой частоты. В однородном внешнем магнитном 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 остаётся равной v0; частоты круговых составляющих изменяются, т.к. электрон в магнитном поле получает дополнит. вращение вокруг направления магнитного 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., атом в магнитном поле испускает 3 линии с частотами v0, v1 и v2 (зеемановский триплет). Такая картина расщепления — простой (или нормальный) Зеемана эффект — получается только для одиночных спектральных линий (см. Атомные спектры), а также в предельном случае очень сильных магнитных полей (эффект Пашена — Бака). Как правило, наблюдается более сложная картина: спектральная линия расщепляется на большее число компонент с различными значениями Dv — сложный (или аномальный) Зеемана эффект; получается спектральная группа равноотстоящих p-компонент и две симметрично от неё расположенные группы равноотстоящих s-компонент.
Полное объяснение Зеемана эффект даёт квантовая теория. Квантовая система, например атом, обладает магнитным моментом m, который связан с механическим моментом количества движения М и может ориентироваться в магнитном поле только определённым образом. Число возможных ориентаций m равно степени вырождения уровня энергии (см. Вырождение), т. е. числу возможных состояний атома с данной энергией Е. В магнитном поле каждой ориентации m соответствует своя дополнительная энергия DЕ. Это приводит к снятию вырождения — уровень расщепляется.
Дополнительная энергия DE пропорциональна величине напряжённости поля Н:
E=-mHH,
где mH — проекция m на направление поля Н. В магнитном поле mH принимает дискретные значения, равные — gmБm, где g — Ланде множитель, mБ — магнетон Бора, m — магнитное квантовое число (m = J; J—1,... —J, где J — квантовое число, определяющее возможные значения М; см. Квантовые числа). В результате дополнительная энергия
DEm = -mHH = gmБН·m
различна для различных магнитных 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 магнитном поле представляет собой зеемановский триплет. Если g1 ¹ g2, получается сложный Зеемана эффект
Исследование картины Зеемана эффект Позволяет определять характеристики уровней энергии различных атомов. Наряду с квантовыми переходами между зеемановскими подуровнями различных уровней энергии (Зеемана эффект на спектральных линиях) можно наблюдать магнитные квантовые переходы между зеемановскими подуровнями одного и того же уровня. Такие переходы происходят под действием излучения частоты
(h — Планка постоянная). В обычных магнитных полях частоты таких переходов соответствуют СВЧ-диапазону. Это приводит к избирательному поглощению радиоволн, которое можно наблюдать в парамагнитных веществах, помещенных в постоянное магнитное поле (см. Магнитный резонанс, Квантовый усилитель, Электронный парамагнитный резонанс).
Зеемана эффект наблюдается и в молекулярных спектрах, однако расшифровать такие спектры значительно труднее, чем атомные. Кроме того, наблюдение Зеемана эффект в молекулярных спектрах представляет большие экспериментальные трудности из-за сложности картины расщепления и перекрытия молекулярных спектральных полос. Зеемана эффект можно наблюдать также и в спектрах кристаллов (обычно в спектрах поглощения).
Зеемана эффект применяется не только в спектроскопии для исследования тонкой структуры вещества, но и в устройствах квантовой электроники и для измерения магнитных полей в лабораторных условиях и магнитных полей космических объектов.
Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962; Герцберг Г., Спектры и строение двухатомных молекул, пер. с англ., М., 1949.
М. А. Ельяшевич.
Рис. 1. Схема наблюдения эффекта Зеемана. Источник линейчатого спектра И расположен между полюсами электромагнита М, сердечник которого просверлён для обеспечения наблюдения вдоль поля. Линзы Л, поляроиды П и пластинка в 1/4 длины волны служат для определения характера поляризации; С — спектроскоп.
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
В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Зеемана эффект"
Зееман Питер | Буква "З" | В начало | Буквосочетание "ЗЕ" | АмняСтатья про слово "Зеемана эффект" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 0 раз
Интересное