Zeemanov pojav
Zeemanov pojav je fizikalni pojav, ki se kaže v razcepitvi spektralnih črt ob prisotnosti statičnega zunanjega magnetnega polja. Podoben je Starkov pojav, ki pa se pojavlja ob prisotnosti zunanjega električnega polja.

Kadar se pojav opazuje na absorbcijskih spektralnih črtah, se pojav imenuje obratni Zeemenov pojav.

Pojav se imenuje po nizozemskem fiziku Pietru Zeemanu (1865–1943), ki ga je prvi opazil.

Razcepitev spektralnih črt

Šibko magnetno polje (običajni ali normalni Zeemanov pojav) 

Elektron se lahko obravnava kot električni tok ( kar se lahko zapiše  z  in )

in se dobi:

 

Ta tok povzroča magnetni moment:

 

kjer je:
  vektor površine
  na površino pravokoten enotski vektor

Za magnetni moment elektrona se dobi:

 

Kar se dobi iz izraza za vrtilno količino:

 

Potencialna energija elektrona v magnetnem polju je ,
oziroma:

 

kjer je:
   vektor gostote magnetnega polja
  masa elektrona

Ta vrednost predstavlja energijski razcep zaradi zunanjega magnetnega polja.

Če se predpostavi, da ima magnetno polje smer osi-z in se vzame za vrtilno količino vrednost, ki je kvantizirana (magnetno kvantno število) , kjer je  celo število), potem se dobi:

 

kjer je:
  magnetno kvantno število
  Bohrov magneton
   gostota magnetnega polja
  reducirana Planckova konstanta
  masa elektrona

Energijski nivoji se razcepijo na  vrednosti, ki odgovarjajo magnetnim kvantnim številom .

Pri normalnem Zeemanovem pojavu se ne upošteva spina elektrona. Polarizacija posameznih črt je različna za opazovanje vzdolž magnetnega polja in za opazovanje pravokotno na magnetno polje.

Anormalni Zeemanov pojav 

Običajni Zeemenov pojav kaže razcep na tri enako oddaljene spektralne črte (tripleti). Pri neobičajnem (nenormalnem) Zeemanovem pojavu pa se opaža cepitev na štiri, šest ali celo več črt. Ta pojav se imenuje anormalni Zeemanov pojav.

Izraz anormalni ima zgodovinski izvor. V času, ko so ga odkrili, še niso poznali spina, in so ga zaradi tega imenovali anormalni.

Anormalni Zeemanov pojav nastane takrat, ko je skupni spin vseh elektronov različen od 0. Pri anormalnem Zeemanovem pojavu je torej potrebno upoštevati tudi spin oziroma spinsko tirno sklopitev. Magnetna momenta sta v tem primeru: 
Magnetni moment zaradi tirne vrtilne količine je enak:

 

Magnetni moment zaradi spinske vrtilne količine pa je:

 

 

kjer je:
 
 
Magnetni moment  in vrtilna količina  nista več vzporedna.
Vrtilna količina in magnetni moment precesirata okrog osi z.
 
Iz kvantnomehanske teorije motenj sledi, da je energijska razlika dveh sososednjih energijskih novojev enaka:

 

kjer je:
 
  magnetno kvantno število
  skupna vrtilna količina
  Landéjev množitelj g za skupno vrtilno količino

Razcepitev vodikovih črt v magnetnem polju 

Lymanov prehod alfa brez magnetnega polja omogoča dva prehoda:

  
 

Če se snov nahaja v zunanjem magnetnem polju, je teh prehodov veliko več, ker se energijska stanja razcepijo. Stanje  se razcepi na 2 nivoja in stanje  na 4 nivoje z .

Landéjev množitelj g je enak:

  za stanje   ( za )

  za stanje   ( za )

  za stanje   ( za )

Močno magnetno polje 

V izredno močnem magnetnem polju se pojavi dodatna cepitev spektralnih črt. Dodatna cepitev je posledica porušitve sklopljenosti spinske in tirne vrtilne količine. Vpliv spinske vrtilne količine postane zanemarljiv. Obe vrtilni količini postaneta močneje povezani s smerjo zunanjega magnetnega polja. V šibkem magnetnem polju vektorja spinske in tirne vrtilne količine kažeta precesijo, ki ni povezana z zunanjim magnetnim poljem.

Kvadratni Zeemanov pojav 

V izredno močnih zunanjih magnetnih poljih se pojavi vpliv druge potence na razcepitev energijskih nivojev. Magnetni moment postane odvisen od kvadrata magnetnega polja:

Uporaba 

V astrofiziki je prvi opazil Zeemanov pojav ameriški astronom in strokovnjak za astronomijo Sonca George Ellery Hale (1868–1938) v področjih Sončevih peg. Prvi je opravil meritve Zeemanovega pojava na zvezdi ameriški astronom Horace Welcome Babcock (1912–2003) v letu 1947. Sedaj se s pomočjo Zeemenovega pojava spremljajo magnetna polja na Soncu s pomočjo satelita SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Za opazovanja magnetnih polja na zvezdah se uporablja zvezdni spektropolarimeter ESPaDOns, ki se nahaja v Franciji, ter Kanadsko francosko havajski teleskop in NARVAL. Zeemanov pojav se uporablja tudi v elektronski spinski resonanci, jedrski spinski resonanci, Mössbauerjavi spektroskopiji ter na mnogih drugih področjih.

Sklici

Zunanje povezave 

 Zeemanov pojav 
 Opis Zeemanovega pojava 

Atomska in molekulska fizika
Kvantna mehanika
Fizikalni pojavi
Zeemanov pojav je fizikalni pojav , ki se kaže v razcepitvi spektralnih črt ob prisotnosti statičnega zunanjega magnetnega polja . Podoben je Starkov pojav , ki pa se pojavlja ob prisotnosti zunanjega električnega polja . Kadar se pojav opazuje na absorbcijskih spektralnih črtah , se pojav imenuje obratni Zeemenov pojav . Pojav se imenuje po nizozemskem fiziku Pietru Zeemanu1943 ) , ki ga je prvi opazil . Razcepitev spektralnih črt Šibko magnetno polje ( običajni ali normalni Zeemanov pojav ) Elektron se lahko obravnava kot električni tok ( kar se lahko zapiše z in ) in se dobi : Ta tok povzroča magnetni moment : kjer je : vektor površine na površino pravokoten enotski vektor Za magnetni moment elektrona se dobi : Kar se dobi iz izraza za vrtilno količino : Potencialna energija elektrona v magnetnem polju je , oziroma : kjer je : vektor gostote magnetnega polja masa elektrona Ta vrednost predstavlja energijski razcep zaradi zunanjega magnetnega polja . Če se predpostavi , da ima magnetno polje smer osi - z in se vzame za vrtilno količino vrednost , ki je kvantizirana ( magnetno kvantno število ) , kjer je celo število ) , potem se dobi : kjer je : magnetno kvantno število Bohrov magneton gostota magnetnega polja reducirana Planckova konstanta masa elektrona Energijski nivoji se razcepijo na vrednosti , ki odgovarjajo magnetnim kvantnim številom \ . Pri normalnem Zeemanovem pojavu se ne upošteva spina elektrona . Polarizacija posameznih črt je različna za opazovanje vzdolž magnetnega polja in za opazovanje pravokotno na magnetno polje . Anormalni Zeemanov pojav Običajni Zeemenov pojav kaže razcep na tri enako oddaljene spektralne črte ( tripleti ) . Pri neobičajnem ( nenormalnem ) Zeemanovem pojavu pa se opaža cepitev na štiri , šest ali celo več črt . Ta pojav se imenuje anormalni Zeemanov pojav . Izraz anormalni ima zgodovinski izvor . V času , ko so ga odkrili , še niso poznali spina , in so ga zaradi tega imenovali anormalni . Anormalni Zeemanov pojav nastane takrat , ko je skupni spin vseh elektronov različen od Pri anormalnem Zeemanovem pojavu je torej potrebno upoštevati tudi spin oziroma spinsko tirno sklopitev . Magnetna momenta sta v tem primeru : Magnetni moment zaradi tirne vrtilne količine je enak : Magnetni moment zaradi spinske vrtilne količine pa je : kjer je : Magnetni moment in vrtilna količina nista več vzporedna . Vrtilna količina in magnetni moment precesirata okrog osi z. Iz kvantnomehanske teorije motenj sledi , da je energijska razlika dveh sososednjih energijskih novojev enaka : kjer je : magnetno kvantno število skupna vrtilna količina Landéjev množitelj g za skupno vrtilno količino Razcepitev vodikovih črt v magnetnem polju Lymanov prehod alfa brez magnetnega polja omogoča dva prehoda : Če se snov nahaja v zunanjem magnetnem polju , je teh prehodov veliko več , ker se energijska stanja razcepijo . Stanje se razcepi nanivoja in stanje nanivoje z \ . Landéjev množitelj g je enak : za stanje ( za ) za stanje ( za ) za stanje ( za ) Močno magnetno polje V izredno močnem magnetnem polju se pojavi dodatna cepitev spektralnih črt . Dodatna cepitev je posledica porušitve sklopljenosti spinske in tirne vrtilne količine . Vpliv spinske vrtilne količine postane zanemarljiv . Obe vrtilni količini postaneta močneje povezani s smerjo zunanjega magnetnega polja . V šibkem magnetnem polju vektorja spinske in tirne vrtilne količine kažeta precesijo , ki ni povezana z zunanjim magnetnim poljem . Kvadratni Zeemanov pojav V izredno močnih zunanjih magnetnih poljih se pojavi vpliv druge potence na razcepitev energijskih nivojev . Magnetni moment postane odvisen od kvadrata magnetnega polja : Uporaba V astrofiziki je prvi opazil Zeemanov pojav ameriški astronom in strokovnjak za astronomijo Sonca George Ellery Hale1938) v področjih Sončevih peg. Prvi je opravil meritve Zeemanovega pojava na zvezdi ameriški astronom Horace Welcome Babcock2003 ) v letu Sedaj se s pomočjo Zeemenovega pojava spremljajo magnetna polja na Soncu s pomočjo satelita SOHO ( Solar and Heliospheric Observatory ) . Za opazovanja magnetnih polja na zvezdah se uporablja zvezdni spektropolarimeter ESPaDOns , ki se nahaja v Franciji , ter Kanadsko francosko havajski teleskop in NARVAL. Zeemanov pojav se uporablja tudi v elektronski spinski resonanci , jedrski spinski resonanci , Mössbauerjavi spektroskopiji ter na mnogih drugih področjih . Sklici Zunanje povezave Zeemanov pojav Opis Zeemanovega pojava Atomska in molekulska fizika Kvantna mehanika Fizikalni pojavi