Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
мала; при H ~ IO6- , — ~ 10 5. Эффект Зеемана можно м V
наблюдать лишь с помощью приборов с высокой разрешающей способностью.
4°. В слабых магнитных полях простой эффект Зеемана наблюдают очень редко. Он характерен для синг-летных спектральных линий. Громадное большинство спектральных линий имеет тонкую структуру, т. е. состоит из нескольких линий, близких по частоте. В слабом внешнем магнитном поле каждая из этих линий расщепляется на несколько очень близких по частотам компонент, имеющих в поперечном эффекте Зеемана линейную поляризацию п- и a-типа. Эти п- и а-компо-ненты образуют сложный зеемановский мулътиплет. Число линий, входящих в мультиплет, может значительно превосходить три линии, наблюдающиеся при
VI.3.4 ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА И ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА 813
простом эффекте Зеемана. Например, желтой линии спектра натрия, имеющей дублетную структуру и состоящей из двух близких линий D1 (X1 = 589,6 нм) и D2 (к2 = = 589,0 км), соответствует зеемановский мультиплет, состоящий из 10 линий (рис. VI.3.3, а): линия D1 расщепляется на четыре компоненты (две ті-типа и две а-типа), а линия D2 — на шесть компонент (две я-типа и четыре a-типа). Такой эффект Зеемана называют сложным.
5°. Классическая теория не дает объяснения аномальному эффекту Зеемана. Квантовая теория эффекта Зеемана (нормального и аномального) рассматривает его как результат изменения энергетических уровней атома вследствие взаимодействия его спинового и орбитального моментов между собой и с внешним магнитным полем. Для описания этого взаимодействия привлекают векторную модель атома. Различают случаи слабого и сильного магнитных полей.
6°. Магнитное поле напряженностью H считяют слабым, если вызываемое им расщепление атомного энергетического уровня, имеющего тонкую структуру, мало по сравнению с расстоянием Ej — Ei _ 1 между соседними уровнями тонкой структуры:
HC-ilElzl,
IxO^B
где цБ — магнетон Бора, ц0 — магнитная постоянная.
Магнитное поле считают сильным, если H 3> .
E1-E1
1-і
^otxB
7°. В слабом магнитном поле взаимодействие орбитального магнитного момента атома со спиновым во много раз сильнее, чем взаимодействие каждого из них с магнитным полем. Поэтому взаимодействие с магнитным полем можно рассматривать как малое возмущение, вызывающее для атома с LS-связью изменение энергии атома на AE = gmnB|x0H. Здесь т — магнитное квантовое число атома, a g — множитель Ланде, равный , J(J+1) + S(S+1)-L(L + 1)
8 2J(J + I)
где L, S и J — орбитальное, спиновое и внутреннее квантовые числа атома в рассматриваемом состоянии. В частности, если S = 0, то Jr = L и g = 1, а если L = 0, то J = S и g = 2.
814
VI.3 ATOM
8°. Каждый уровень энергии атома расщепляется в магнитном поле на 2 J +1 подуровень так, что расстояния между всеми соседними подуровнями одинаковы и равны g|XBn0.?f. Поэтому в магнитном поле происходит расщепление спектральных линий. Вместо линии с частотой V, наблюдающейся в отсутствие магнитного поля и соответствующей переходу атома из состояния
I (Jr1, gj) в состояние 2 (Jr2, /?), в магнитном поле наблюдается система спектральных линий (зеемановский мулътиплет), частоты которых равны: v + (Ttingj -m2jg2)vb, где vL — ларморова частота, а из всех возможных комбинаций значений магнитных квантовых чисел атома в состоянии 1 (ти — всего 2Jr1 + 1 значений) и в состоянии 2 (m2j — всего 2 J2 + 1 значений) подходят только те, которые удовлетворяют правилу отбора: m2j - Tnli = 0, ± 1.
Переходам m2j = mlt соответствует зт-компоненты излучения, а переходам m2j = ти ±1 — а-компоненты излучения.
9°. По мере увеличения напряженности H магнитного поля расщепление Av растет (одновременно с vL) пропорционально H до тех пор, пока отдельные компоненты расщепления соседних линий тонкой структуры не начинают перекрываться, что соответствует переходу от слабого магнитного поля к сильному. При дальнейшем увеличении H некоторые линии зеемановского расщепления сливаются (рис. VI.3.3, б), а интенсивности других уменьшаются. В сильном магнитном поле взаимодействие с полем как орбитального магнитного момента атома, так и его спинового магнитного момента во много раз сильнее, чем их взаимодействие друг с другом. В этом случае последнее играет роль слабого возмущения. При этом в эффекте Зеемана наблюдают только три линии с частотами v и v + Av, которые соответствуют простому эффекту Зеемана и имеют тонкую структуру. Переход сложного эффекта Зеемана в простой в сильном магнитном поле называют эффектом Пашена—Бака.
10°. Магнитным резонансом называют избирательное поглощение энергии электромагнитных волн определенной частоты Vp веществом, находящимся в по-
VI.3.4. ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА И ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
815
стоянном магнитном поле, напряженность H которого направлена перпендикулярно напряженности переменного магнитного поля волны. Это явление связано с вынужденными переходами между уровнями одного и того же зеемановского мультиплета, возникшими в результате действия постоянного магнитного поля. Если AE — разность энергий двух соседних уровней, между которыми совершается переход, то резонансная
