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L'effetto 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.

Scoperto dal fisico olandese Pieter Zeeman nel 1896, l'effetto Zeeman fu un'osservazione fondamentale nello sviluppo della fisica moderna. Quando un atomo viene immerso in un campo magnetico, i suoi livelli energetici, che normalmente sono degeneri (aventi la stessa energia), si dividono. Questo perché il campo magnetico interagisce con il momento magnetico dell'atomo. Questo momento magnetico ha due fonti principali: il moto degli elettroni in orbita attorno al nucleo (momento angolare orbitale) e la proprietà quantistica intrinseca degli elettroni nota come spin (momento angolare di spin). L'interazione elimina la degenerazione degli stati con diversi numeri quantici magnetici.

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 mechanics 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

Fenomeno fisico

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Michael Faraday’s work on electromagnetism and the Faraday effect
  • James Clerk Maxwell’s equations of electromagnetism
  • the development of high-resolution spettroscopia by Kirchhoff and Bunsen
  • Hendrik Lorentz’s classical electron theory
  • la scoperta dell'elettrone da parte di J.J. Thomson

Applicazioni

  • nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy
  • risonanza magnetica per immagini (RMI)
  • spettroscopia di risonanza di spin elettronico (esr)
  • spettroscopia di assorbimento atomico (AAS) per l'analisi elementare
  • misurazioni astrofisiche dei campi magnetici stellari e solari
  • raffreddamento laser e intrappolamento degli atomi

Brevetti:

NA

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