Linienaufspaltung

Linienaufspaltung bezeichnet in der Spektroskopie das Phänomen, dass eine einzelne spektrale Linie unter bestimmten Bedingungen in mehrere Komponenten zerfällt statt als einzige Linie aufzutreten. Grundlage dafür sind verschiedene Wechselwirkungen, durch die Energieniveaus eines Atoms oder Ions in subniveaus aufgespalten werden. Die dadurch entstehenden Übergänge ergeben mehrere unmittelbar aufeinander folgende Linien im Emissions- oder Absorptionsspektrum.

Zu den wichtigsten Ursachen gehören äußere Felder und innere Wechselwirkungen. Der Zeeman-Effekt beschreibt die Aufspaltung von Linien durch ein externes Magnetfeld. Je nach Fall kann die Linie in drei Komponenten (normativer Zeeman-Effekt) oder komplexer splitten (anomalischer Zeeman-Effekt). Bei sehr starken Feldern geht der Effekt in den Paschen-Back-Bereich über, in dem die Kopplung von Bahndrehimpuls und Spin verändert wird.

Der Stark-Effekt ist die Aufspaltung von Linien durch ein äußeres elektrisches Feld. Ähnlich wie beim Zeeman-Effekt kann die Aufspaltung linear oder quadratisch mit der Feldstärke wachsen, abhängig von der Struktur der beteiligten Energieniveaus.

Weitere Formen entstehen durch innere Wechselwirkungen wie die Feinstreuung (Fine Structure) aufgrund von Spin-Bahn-Kopplung und die Hyperfeinstreuung durch Kernspin-Wechselwirkung. Diese Additionen zur Energie führen ebenfalls zu feinen Linienstrukturen, oft vor der eigentlichen Zeeman- oder Stark-Aufspaltung.

Anwendungen der Linienaufspaltung umfassen die Bestimmung elektromagnetischer Felder in Sternen und Plasmen, Hochauflösungs-Spektroskopie, Quantenmessungen und die Charakterisierung atomarer Struktur. Historisch war der Zeeman-Effekt eine Schlüsselentdeckung zur Bestätigung der Wechselwirkung von Magnetfeldern mit Atomen.