8 доп (Лекции Лунева PDF), страница 2

Припрохождении атомов через это поле, из-за наличия у них магнитных моментов, на них действоBвала зависящая от проекции спина на направление магнитного поля сила: Fz  Pm _ z , отклоzнявшая летящие между магнитами атомы от их первоначального направления движения. Причём, если предположить, что магнитные моменты атомов ориентированы хаотично (непрерывно), то тогда на расположенной далее по направлению движения атомов стеклянной пластинкедолжна была проявиться сплошная размытая полоса.

Однако вместо этого на пластинке образовались две раздельные достаточно чёткие узкие полосы, что свидетельствовастекляннаяло в пользу того, что магнитные моменпластинка zты атомов вдоль выделенного направления принимали лишь два определёнNных значения, и что подтверждалопредположение квантово-механическойтеории о квантовании магнитного мопечьSмента атомов.Позднее с аналогичными результатами были проделаны опыты для пучмагнитков атомов других металлов, а такжепучков протонов и электронов. Эти опыты доказали существование магнитного момента у рассмотренных частиц и показали их квантовую природу, явив собой доказательство постулатовквантовой теории.Атом во внешнем магнитном поле.Если атом поместить во внешнее магнитное поле с индукцией Bz , то из-за взаимодействия магнитного момента атома с полем у него появится дополнительная энергия:E  Pm Bz  Pm _ z Bz , где Pm _ z - проекция магнитного момента на направление Bz .Т.к.

Pm _ z   g B mJ , то величина дополнительной энергии определяется E  g B mJ Bz .Поэтому у изолированного атома дополнительная энергия определяется одним из значенийчисла mJ   J ,  J  1,...,  J . В системе, содержащей множество атомов, будут присутствоватьатомы со всевозможными значениями дополнительной энергии, что приведёт к расщеплениюуровня энергии на количество, равное 2 J  1 .

Расщеплённые уровни энергии будут отдалены4Семестр 4. Лекция «САМ».друг от друга на одинаковое значение E  g B Bz  g E0 , где величину E0   B Bz принято000+0называть нормальным расщеплением энергетического уровня.До наложения магнитного поля энергетический уровень был вырожденным с кратностьювырождения 2 J  1 . После наложения внешнего магнитного поля произошло расщепление вырожденного уровня энергии на невырожденные уровни.

Т.е. магнитное поле снимает вырождение уровня энергии.Впервые в 1896 г. Питер Зееман наблюдал расщепление спектра линий поглощенияатомов натрия в магнитном поле. Впоследствииэтот экспериментальный факт получил назваmJ=+1ние эффект Зеемана.Для простого случая расщепления одиночнойmJ=0J=1линии, когда S = 0, g = 1 (J = L, mJ = mL), получаем,что E  E0 при расщеплении каждого уровня,mJ=1при внесении таких атомов в магнитное поле каждаяисходная спектральная линия с частотой 0 расJ=0B=0B>0щепляется на три линии с частотами 1  0   ,2  0 , 2  0   . В этом случае смещение чаE0  B Bzстоты  называется нормальнымсмещением. Данное расщепление уровней соответствует простому или нормальному эффекту Зеемана.Сложный или аномальный эффект Зеемана состоит в расщеплении линий, причёмвеличина расщепления определяется как рациональная дробь от нормального смещения:r  B Bz, где r и q – целые числа. qВ слабом магнитном поле энергия взаимодействия между орбитальными и спиновымимагнитными моментами больше, чем энергия их взаимодействия с магнитным полем, поэтомуспин-орбитальная связь не разрывается, и атом взаимодействует с магнитным полем как единоецелое.В сильном магнитном поле связь между орбитальными и спиновыми магнитными моментами разрывается и в результате для любых переходов наблюдается нормальный зеемановский триплет.

Это явление называется эффектом Пашена-Бака.Замечание. Расщепление энергетических уровней происходит также при действии на атомыэлектрического поля. Это явление называется эффект Штарка.5.