ZeemanEffekt

Der ZeemanEffekt beschreibt die Aufspaltung optischer Spektrallinien in einem äußeren Magnetfeld, die durch die Wechselwirkung des magnetischen Moments der Elektronen mit dem Feld verursacht wird. Er wurde 1896 von Pieter Zeeman entdeckt und liefert heute eine zentrale Methode zur Untersuchung von Feldstärken in Atomen sowie in astrophysikalischen Objekten.

Im normalen ZeemanEffekt, der in einfachen Fällen auftritt, ohne Berücksichtigung des Elektronenspins oder der feinen Struktur, spalten sich Linien in drei Komponenten: eine zentrale π-Komponente (ΔmJ = 0) und zwei äußere σ-Komponenten (ΔmJ = ±1). Die Energieverschiebung der Zustände lässt sich nähern durch ΔE ≈ μB gJ mJ B, wobei μB das Bohrsche Magneton ist, B die Feldstärke, mJ die Magnetquantenzahl des Gesamtdrehimpuls J und gJ der Landé-Faktor. In vielen einfachen Fällen führt dies zu drei unterscheidbaren Linienkomponenten.

Der anomale ZeemanEffekt berücksichtigt zusätzlich den Elektronenspins und die feine Struktur der Energieniveaus. Dadurch entstehen weitere Aufsplitterungen und Muster, die durch den Landé-Faktor gJ und die entsprechenden Auswahlregeln ΔmJ = 0 oder ±1 bestimmt werden. Die Verschiebungen bleiben linear in B im schwachen Feld, können sich jedoch bei stärkeren Feldern ändern.

Bei sehr starken Feldern überträgt sich die Kopplung von Spin und Orbitalmomenten, der Paschen-Back-Effekt, und das Aufspaltungsbild verändert sich grundlegend. Anwendungen des ZeemanEffekts umfassen die Messung von Magnetfeldern in Laboren, Spektroskopie von Atomen und die Bestimmung von Feldstärken in der Astrophysik, etwa in Sonnen- und Sternspektren.