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L'effet 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.

Découvert par le physicien néerlandais Pieter Zeeman en 1896, l'effet Zeeman a été une observation cruciale pour le développement de la physique moderne. Lorsqu'un atome est placé dans un champ magnétique, ses niveaux d'énergie, normalement dégénérés (de même énergie), sont séparés. Cela est dû à l'interaction du champ magnétique avec le moment magnétique de l'atome. Ce moment magnétique a deux sources principales : le mouvement des électrons en orbite autour du noyau (moment angulaire orbital) et la propriété quantique intrinsèque des électrons, appelée spin (moment angulaire de spin). Cette interaction lève la dégénérescence des états ayant des nombres quantiques magnétiques différents.

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 mécanique 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

Taper

Physical Phenomenon

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Michael Faraday’s work on electromagnetism and the Faraday effect
  • James Clerk Maxwell’s equations of electromagnetism
  • the development of high-resolution spectroscopie by Kirchhoff and Bunsen
  • Hendrik Lorentz’s classical electron theory
  • la découverte de l'électron par JJ Thomson

Applications

  • nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy
  • imagerie par résonance magnétique (IRM)
  • spectroscopie par résonance de spin électronique (rpe)
  • spectroscopie d'absorption atomique (AAS) pour l'analyse élémentaire
  • mesures astrophysiques des champs magnétiques stellaires et solaires
  • refroidissement par laser et piégeage des atomes

Brevets:

NA

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