
【化】 Zeeman effect
a place of strategic importance; fill in; stopper; stuff; tuck
【医】 tampon
graceful; prolonged
effect
【医】 effect
塞曼效应(Zeeman Effect)是指原子光谱线在外加磁场作用下发生分裂或频率变化的现象,由荷兰物理学家彼得·塞曼(Pieter Zeeman)于1896年发现。该效应揭示了磁场与原子能级间的相互作用,是量子力学和原子物理学的重要实验基础之一。
现象描述
当原子处于强磁场中时,其电子能级会发生塞曼分裂(Zeeman splitting),导致原子发射或吸收的光谱线分裂为多条。分裂后的谱线间距与磁场强度成正比,符合拉莫尔进动理论。
物理机制
磁场改变了电子轨道的角动量取向,使原本简并的能级解除简并(即分裂为多个子能级)。电子跃迁时,光子能量变化满足: $$ Delta E = mu_B B m_j g_j $$ 其中 $mu_B$ 为玻尔磁子,$B$ 为磁场强度,$m_j$ 为磁量子数,$g_j$ 为朗德因子。
分类
诺贝尔奖官网
塞曼因发现该效应与亨德里克·洛伦兹共享1902年诺贝尔物理学奖。其原始实验描述了钠焰光谱在磁场中的分裂现象 。
来源:Nobel Prize Foundation
美国国家标准与技术研究院(NIST)
NIST原子光谱数据库明确记录了不同元素谱线的塞曼分裂数据,例如氢原子的巴尔末系在1T磁场下分裂为9条子谱线 。
来源:NIST Atomic Spectra Database
《中国大百科全书》物理学卷
定义塞曼效应为“磁场引起光谱线增宽或分裂的现象”,并指出其在天体磁场测量中的关键应用 。
来源:中国大百科全书出版社
中文术语 | 英文术语 |
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塞曼效应 | Zeeman Effect |
正常塞曼效应 | Normal Zeeman Effect |
反常塞曼效应 | Anomalous Zeeman Effect |
塞曼分裂 | Zeeman Splitting |
朗德因子 | Landé g-factor |
塞曼效应是原子物理学中的重要现象,指原子光谱线在外加磁场中发生分裂并伴随偏振的现象。以下从发现历史、分类、理论解释和应用四个方面进行详细说明:
塞曼效应由荷兰物理学家彼得·塞曼于1896年首次发现。当光源置于强磁场中时,原本单一的原子谱线会分裂成多条偏振化的谱线。这一发现验证了原子具有磁矩且空间取向量子化,塞曼因此与洛仑兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖。
正常塞曼效应
谱线分裂为3条(垂直于磁场观察)或2条(平行于磁场观察),可用经典电磁理论解释。典型例子是镉原子643.8 nm谱线在磁场中的三分裂现象。
反常塞曼效应
谱线分裂数量超过3条,需用量子力学解释。例如钠原子D线在磁场中的复杂分裂,涉及电子自旋与轨道角动量的耦合。
磁场中原子能级分裂由磁矩与外磁场相互作用引起。附加能量公式为: $$ Delta E = mu_B B m $$ 其中$mu_B$是玻尔磁子,$m$为磁量子数,$B$为磁场强度。当电子总自旋为零时表现为正常效应,否则为反常效应。
该效应是量子力学发展的重要实验基础,至今仍是研究物质微观结构的有效手段。
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