
【化】 Zeeman effect
a place of strategic importance; fill in; stopper; stuff; tuck
【醫】 tampon
graceful; prolonged
effect
【醫】 effect
塞曼效應(Zeeman Effect)是指原子光譜線在外加磁場作用下發生分裂或頻率變化的現象,由荷蘭物理學家彼得·塞曼(Pieter Zeeman)于1896年發現。該效應揭示了磁場與原子能級間的相互作用,是量子力學和原子物理學的重要實驗基礎之一。
現象描述
當原子處于強磁場中時,其電子能級會發生塞曼分裂(Zeeman splitting),導緻原子發射或吸收的光譜線分裂為多條。分裂後的譜線間距與磁場強度成正比,符合拉莫爾進動理論。
物理機制
磁場改變了電子軌道的角動量取向,使原本簡并的能級解除簡并(即分裂為多個子能級)。電子躍遷時,光子能量變化滿足: $$ Delta E = mu_B B m_j g_j $$ 其中 $mu_B$ 為玻爾磁子,$B$ 為磁場強度,$m_j$ 為磁量子數,$g_j$ 為朗德因子。
分類
諾貝爾獎官網
塞曼因發現該效應與亨德裡克·洛倫茲共享1902年諾貝爾物理學獎。其原始實驗描述了鈉焰光譜在磁場中的分裂現象 。
來源:Nobel Prize Foundation
美國國家标準與技術研究院(NIST)
NIST原子光譜數據庫明确記錄了不同元素譜線的塞曼分裂數據,例如氫原子的巴爾末系在1T磁場下分裂為9條子譜線 。
來源:NIST Atomic Spectra Database
《中國大百科全書》物理學卷
定義塞曼效應為“磁場引起光譜線增寬或分裂的現象”,并指出其在天體磁場測量中的關鍵應用 。
來源:中國大百科全書出版社
中文術語 | 英文術語 |
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塞曼效應 | Zeeman Effect |
正常塞曼效應 | Normal Zeeman Effect |
反常塞曼效應 | Anomalous Zeeman Effect |
塞曼分裂 | Zeeman Splitting |
朗德因子 | Landé g-factor |
塞曼效應是原子物理學中的重要現象,指原子光譜線在外加磁場中發生分裂并伴隨偏振的現象。以下從發現曆史、分類、理論解釋和應用四個方面進行詳細說明:
塞曼效應由荷蘭物理學家彼得·塞曼于1896年首次發現。當光源置于強磁場中時,原本單一的原子譜線會分裂成多條偏振化的譜線。這一發現驗證了原子具有磁矩且空間取向量子化,塞曼因此與洛侖茲共同獲得1902年諾貝爾物理學獎。
正常塞曼效應
譜線分裂為3條(垂直于磁場觀察)或2條(平行于磁場觀察),可用經典電磁理論解釋。典型例子是镉原子643.8 nm譜線在磁場中的三分裂現象。
反常塞曼效應
譜線分裂數量超過3條,需用量子力學解釋。例如鈉原子D線在磁場中的複雜分裂,涉及電子自旋與軌道角動量的耦合。
磁場中原子能級分裂由磁矩與外磁場相互作用引起。附加能量公式為: $$ Delta E = mu_B B m $$ 其中$mu_B$是玻爾磁子,$m$為磁量子數,$B$為磁場強度。當電子總自旋為零時表現為正常效應,否則為反常效應。
該效應是量子力學發展的重要實驗基礎,至今仍是研究物質微觀結構的有效手段。
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