Efecto Zeeman
También similar al efecto Stark, las transiciones entre diferentes componentes tienen, en general, diferentes intensidades, estando algunas totalmente prohibidas (en la aproximación dipolar), según se rige por las reglas de selección.
Dado que la distancia entre los subniveles de Zeeman es una función de la intensidad del campo magnético, este efecto se puede utilizar para medir la intensidad del campo magnético, por ejemplo, el del Sol y otras estrellas o en plasmas de laboratorio.
También se puede utilizar para mejorar la precisión en la espectroscopia de absorción atómica.
Una teoría sobre el sentido magnético de las aves asume que una proteína en la retina cambia debido al efecto Zeeman.
Históricamente, se distingue entre el efecto Zeeman normal y anómalo (descubierto por Thomas Preston en Dublín, Irlanda[2]).
Se le llamó "anómalo" porque el espín del electrón aún no se había descubierto, por lo que no había una buena explicación en el momento en que Zeeman observó el efecto.
A una fuerza de campo aún mayor, cuando la fuerza del campo externo es comparable a la fuerza del campo interno del átomo, el acoplamiento de electrones se altera y las líneas espectrales se reorganizan.
El momento magnético consta de las partes electrónicas y nucleares; sin embargo, este último es muchos órdenes de magnitud más pequeño y se pasará por alto aquí.
Un enfoque más preciso es tener en cuenta que el operador del momento magnético de un electrón es una suma de las contribuciones del momento angular orbital
(este último se llama relación giromagnética anómala; la desviación del valor de 2 se debe a los efectos de la electrodinámica cuántica).
son el momento orbital total y el spin del átomo, y el promedio se realiza sobre un estado con un valor dado del momento angular total.
es pequeño (menos que la estructura fina), puede tratarse como una perturbación; este es el efecto Zeeman propiamente dicho.
Si la interacción espín-órbita domina sobre el efecto del campo magnético externo,
no se conservan por separado, solo el momento angular total
, obtenemos la energía potencial magnética del átomo en el campo magnético externo aplicado, donde la cantidad entre corchetes es el factor g de Landé gJ del átomo (
Esta división ocurre incluso en ausencia de un campo magnético, ya que se debe al acoplamiento espín-órbita.
Esto ocurre cuando un campo magnético externo es lo suficientemente fuerte como para interrumpir el acoplamiento entre orbitales (
El efecto lleva el nombre de los físicos alemanes Friedrich Paschen y Ernst E.
[3] Cuando la perturbación del campo magnético excede significativamente la interacción espín-órbita, se puede asumir con seguridad
Las energías son simplemente Lo anterior puede interpretarse como implicando que el acoplamiento LS está completamente roto por el campo externo.
Como resultado, solo tres líneas espectrales serán visibles, correspondientes a la
En general, ahora se debe agregar el acoplamiento de espín-órbita y las correcciones relativistas (que son del mismo orden, conocidas como "estructura fina") como una perturbación a estos niveles "imperturbables".
En la aproximación del dipolo magnético, el hamiltoniano que incluye las interacciones hiperfina y de Zeeman es donde
En el régimen de campo alto, el campo magnético se vuelve tan fuerte que dominará el efecto Zeeman, y uno debe usar una base más completa de
, el hamiltoniano se puede resolver analíticamente, dando como resultado la fórmula de Breit-Rabi.
o viceversa, por lo que la suma siempre no se ve afectada.
de lo contrario, los vectores propios correspondientes a diferentes valores propios del hamiltoniano son las superposiciones de estados con diferentes
Estos campos pueden ser bastante altos, del orden de 0,1 tesla o más.
a través de la espacialmente no homogénea Zeeman Hamiltoniana donde
[7] El acoplamiento spin-órbita a través de un campo macroscópicamente no homogéneo
