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El efecto Zeeman

1896
  • Pieter Zeeman
Spectroscopy experiment illustrating the Zeeman effect in atomic physics.

The Zeeman effect is the splitting of an atomic spectral line into multiple components when an external static magnetic field is applied. This splitting occurs because the magnetic field interacts with the magnetic dipole moment associated with the atom’s orbital and spin angular momentum, shifting the energy levels of its electrons, a phenomenon crucial for probing atomic structure.

Descubierto por el físico holandés Pieter Zeeman en 1896, el efecto Zeeman fue una observación crucial en el desarrollo de la física moderna. Cuando un átomo se somete a un campo magnético, sus niveles de energía, normalmente degenerados (con la misma energía), se dividen. Esto se debe a que el campo magnético interactúa con el momento magnético del átomo. Este momento magnético tiene dos fuentes principales: el movimiento de los electrones en órbita alrededor del núcleo (momento angular orbital) y la propiedad cuántica intrínseca de los electrones conocida como espín (momento angular de espín). La interacción elimina la degeneración de estados con diferentes números cuánticos magnéticos.

When an electron transitions between these split energy levels, it emits or absorbs a photon. Since there are now multiple possible final energy states, a single spectral line, corresponding to a transition in the absence of a field, splits into several distinct lines. The spacing and polarization of these lines provide detailed information about the atom’s electronic structure, including its angular momentum quantum numbers. Hendrik Lorentz provided an early classical explanation, but a complete understanding required the advent of quantum mecánica and the concept of electron spin. The effect is categorized into the ‘normal’ Zeeman effect (for atoms with zero total spin) and the more common ‘anomalous’ Zeeman effect (for atoms with non-zero spin).

UNESCO Nomenclature: 2202
– Atomic and molecular physics

Tipo

Fenómeno físico

Disrupción

Incremental

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Michael Faraday’s work on electromagnetism and the Faraday effect
  • James Clerk Maxwell’s equations of electromagnetism
  • the development of high-resolution espectroscopia by Kirchhoff and Bunsen
  • Hendrik Lorentz’s classical electron theory
  • El descubrimiento del electrón por JJ Thomson

Aplicaciones

  • nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy
  • imágenes por resonancia magnética (IRM)
  • espectroscopia de resonancia de espín electrónico (ESR)
  • espectroscopia de absorción atómica (AAS) para análisis elemental
  • mediciones astrofísicas de los campos magnéticos estelares y solares
  • enfriamiento por láser y atrapamiento de átomos

Patentes:

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