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Fattore g di Landé

1921
  • Alfred Landé
Scena di laboratorio con scienziato che analizza uno spettrometro per ricerche di meccanica quantistica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il fattore g di Landé ([latex]g_J[/latex]) è una costante di proporzionalità adimensionale che mette in relazione il valore totale di un atomo momento magnetico al suo momento angolare totale nel limite del campo debole. È fondamentale per spiegare quantitativamente l'anomalo Effetto Zeeman. Il suo valore è dato dalla formula: [latex]g_J = 1 + \frac{J(J+1) + S(S+1) - L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex], dove L, S e J sono i numeri quantici.

Il fattore g di Landé fu introdotto da Alfred Landé nel 1921, ancor prima che il concetto di spin elettronico fosse completamente formulato, come metodo empirico per adattare i dati sperimentali dell'effetto Zeeman anomalo. La sua giustificazione teorica giunse in seguito con lo sviluppo della meccanica quantistica. La formula deriva dal modello vettoriale dell'atomo, in cui si considera che i momenti angolari orbitale ([latex]vec{L}[/latex]) e di spin ([latex]vec{S}[/latex]) precessino rapidamente attorno al loro vettore risultante del momento angolare totale ([latex]vec{J}[/latex]) a causa dell'accoppiamento spin-orbita. L'interazione con un debole campo magnetico esterno è molto più lenta. Pertanto, il campo interagisce efficacemente con il momento magnetico mediato nel tempo, che è la proiezione del momento magnetico totale ([latex]vec{mu}_L + vec{mu}_S[/latex]) sulla direzione di [latex]vec{J}[/latex].

Il fattore g tiene conto essenzialmente dei diversi rapporti tra momento magnetico e momento angolare per il moto orbitale ([latex]g_L=1[/latex]) e per lo spin ([latex]g_S ´circa 2[/latex]). Quando [latex]S=0[/latex], allora [latex]J=L[/latex] e la formula dà correttamente [latex]g_J=1[/latex], corrispondente al normale effetto Zeeman. Quando [latex]L=0[/latex], allora [latex]J=S[/latex], e la formula dà [latex]g_J=2[/latex] (usando [latex]g_S=2[/latex] al posto di 1 nella derivazione), corrispondente a sistemi di spin puro come nella risonanza di spin di elettroni. Per tutti gli altri casi, [latex]g_J[/latex] assume un valore razionale compreso tra 1 e 2, quantificando la complessa interazione tra contributi di spin e orbitali al magnetismo dell'atomo.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Meccanica

Tipo

Concetto teorico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • il modello vettoriale dell'atomo
  • il concetto di accoppiamento spin-orbita
  • dati sperimentali dell'effetto Zeeman anomalo che richiedevano una spiegazione quantitativa
  • la quantizzazione del momento angolare nel modello di Bohr-Sommerfeld

Applicazioni

  • previsione quantitativa di modelli di divisione Zeeman anomali nella spettroscopia
  • analisi della risonanza di spin elettronico (esr) e della risonanza magnetica nucleare (nmr)
  • calcolo della suscettività magnetica e di altre proprietà magnetiche dei materiali
  • elaborazione delle informazioni quantistiche mediante stati atomici
  • determinazione dei simboli dei termini atomici dai dati sperimentali

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: Fattore g di Landé, fattore g, effetto Zeeman anomalo, momento angolare, numeri quantici, accoppiamento spin-orbita, momento magnetico, spettroscopia, fisica atomica, modello vettoriale.

Contesto storico

Fattore g di Landé

1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1925
1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925
1926

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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