 | Зеемана эффект |  |
Расщепление уровней энергии и спектральных линий атомов в магнитном поле
Анимация Описание Зеемана эффект, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других систем в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии расщепляются на зеемановские подуровни; при переходах между подуровнями уровней ei и ek вместо одной спектральной линии появляется несколько поляризованных компонент. Для одиночных спектральных линий в направлении, перпендикулярном направлению напряженности магнитного поля Н, наблюдается зеемановский триплет - несмещенная относительно первичной линии p-компонента, поляризованная в направлении Н, и две симметричные относительно нее s-компоненты, поляризованные перпендикулярно Н (простой, или нормальный, Зеемана эффект, рис. 1). Простой эффект Зеемана 
Рис. 1 а - без поля (n0 - частота, соответствующая исследуемой неполяризованной спектральной линии); b - зеемановский триплет (направление наблюдения перпендикулярно полю); c - s- компоненты (при наблюдении вдоль поля). Стрелками показано направление поляризации n1 и n2 - частоты s-компонент. Для дублетов и мультиплетов высших порядков наблюдается сложная картина расщепления: появляется несколько равноотстоящих друг от друга p-компонент и две симметричные относительно них группы s-компонент (аномальный, или сложный Зеемана эффект). Величина расщепления пропорциональна Н и относительно мала (для Н~20 кЭ она порядка десятых долей ангстрема). В сильных магнитных полях (полях, вызывающих расщепление порядка мультиплетного и выше) вместо сложного Зеемана эффекта наблюдается зеемановский триплет (Пашена-Бака эффект). Зеемана эффект обусловлен наличием у квантовой системы (например, атома) магнитного момента m, который связан с механическим моментом М атома и может ориентироваться в пространстве лишь определенным образом. Число возможных ориентаций момента m равно степени вырождения уровня энергии. Каждой проекции mH магнитного момента m на направление Н, соответствует дополнительная энергия, De= - mHH, что приводит к снятию вырождения, уровень расщепляется, т.к. mH принимает значение: mH = - gmБm, где g - множитель; mБ - магнетон Бора; m - магнитное квантовое число. При этом значения De = gmБHm для разных m различны. Расстояние между соседними подуровнями: d = gmБH = nDe0, где De = mБH - величина нормального расщепления. Если для уровней ei и ek расщепление одинаково gi = gk, то наблюдается зеемановский триплет, если gi №gk, - сложный Зеемана эффект. Исследование картины зеемановского расщепления важно для изучения тонкой структуры атомов и других атомных систем. Наряду с квантовыми переходами между зеемановкими подуровнями, принадлежащими различным уровням энергии (Зеемана эффект на спектральных линях), можно наблюдать магнитные квантовые переходы между подуровнями одного уровня энергии. Такие переходы происходят под действием излучения с частотами:  ,
где h - постоянная Планка, лежащими, как правило, в СВЧ диапазоне электромагнитных волн. Это приводит к эффекту избирательного поглощения радиоволн в парамагнитных веществах, помещенных в магнитное поле, - к электронному парамагнитному резонансу. На основе этого эффекта созданы устройства квантовой электроники, в том числе приборы для прецизионного измерения слабых полей (квантовые магнетометры). Зеемана эффект наблюдается в молекулярных спектрах, однако его наблюдение и расшифровка представляют большие трудности вследствие сложной картины расщепления и перекрытия в них спектральных полос. Зеемана эффект можно наблюдать в спектрах кристаллов (обычно в спектрах поглощения). Временные характеристики Время инициации (log to от -9 до -6); Время существования (log tc от -6 до 6); Время деградации (log td от -9 до -6); Время оптимального проявления (log tk от -1 до 5). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация Зеемана эффекта Наблюдение эффекта Зеемана осуществляется, как правило, по спектру поглощения света в изотропном веществе в присутствии магнитного поля. Схема соответствующей установки представлена на рис. 2. Схема наблюдения эффекта Зеемана 
Рис. 2 Обозначения: 1 - источник излучения; 2 - полюсы магнита; 3 - линза; 4 - поляроид; 5 - пластинка в 1/4 длины волны l; 6 - спектрометр; 7 - p-компонента || H; 8 - s-компонента ^ H . При этом для компоненты поляризации, параллельной магнитному полю (p-компонента) линия не расщепляется, а для компоненты поляризации, перпендикулярной магнитному полю (s-компонента) линия расщепляется в триплет (см. рис. 2). Применение эффекта Зеемана эффект применяется в спектроскопии и в устройствах квантовой электроники, в частности, для измерения напряженностей слабых магнитных полей в лабораторных условиях и в космосе. Литература  1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- C.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- C.20, 231, 460. |