Efecto Zeeman

1. Introducción

El efecto Zeeman consiste en el desdoblamiento de niveles atómicos de energía, y en consecuencia, de las correspon-dientes líneas espectrales, cuando los átomos se someten a un campo magnético.

El efecto Zeeman normal aparece sólo en transiciones entre estados atómicos con spin total S = 0. El impulso angular total J = L + S de un estado es, luego, un impulso angular orbital puro J = L. Los valores L = 0,1,2,… corresponden a los niveles s,p,d,… que se utilizan en la descripción de la configuración electrónica de los átomos.

En el efecto Zeeman se presenta una varible MJ, la cual es el número cuántico a la componente en el eje z del momento magnético atómico. Es por esto que, al introducir un campo magnético uniforme B en la dirección z, la energía de interacción entre el momento magnético atómico µ y el campo varían según:

Debido a la presencia del campo, la componente z de J está restriginda a los valores discretos del número cuántico MJ. En términos de la misma, se llega a la siguiente expresión:

En esta ecuación, MJ sale como un autovalor al tratar la variable Jz como operador. µB es una constante fundamental igual a , con e y me la carga y masa del electrón respectivamente, y se conoce como magnetón de Bohr. El factor g, conocido como factor de Landé, es un factor adimensional del orden de la unidad, que depende esencialmente del acoplamiento cuántico de los momentos angulares de los electrones de valencia. Este factor se calcula de la siguiente manera:

Ya que en el efecto Zeeman normal se tiene transiciones entre estados con spin nulo, y cuenta con impulso angular puro, se tendrá siempre g=1, lo que da como resultado una división de la línea espectral en tres líneas.

Al aplicar un campo magnético B a la lámpara de Cd, la línea espectral de λ se divide obteniéndose otras líneas de longitud de onda muy próximas. La pequeña diferencia del número de onda , entre la línea original y alguna de las nuevas, resulta ser:

Figura 1: Desdoblamiento y transiciones en el efecto Zee-man del Cd con λ=644 nm.

La componente σ- hace referencia a la polarización normal al campo magnético, la componente π hace es cuando se ha polarizado paralelamente a la dirección del campo y por último, σ+ se da también para una polarización normal al campo magnético. Al analizar la figura 1, se entiende que para la componente σ- se da un aumente del número la línea espectral en la transición, para π, no hay cambios en su transición, y así, para σ+, se da una disminución en el número de líneas espectrales en la transición.

En la figura 2 se muestran los picos de intensidad que se esperarían de las líneas producidas a partir de la línea espectral roja. Allí mismo se indica

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