Direkt zum Inhalt

Lexikon der Optik: Zeeman-Effekt

Zeeman-Effekt (P. Zeeman, 1865-1943) ein 1896 von Zeeman entdeckter Effekt, der besagt, daß die Spektrallinien der Atome eine Aufspaltung in mehrere Komponenten erfahren, wenn die Emission oder Absorption des Lichtes in einem magnetischen Feld stattfindet. Die Verschiebung der Komponenten wächst linear mit der magnetischen Feldstärke H bzw. der magnetischen Induktion B0H (mit μ0 als Permeabilität des Vakuums) an. Sie hat ihre Ursache in der unterschiedlichen Einstellung des atomaren magnetischen Moments μ im Magnetfeld. Die dabei auftretende Wechselwirkungsenergie lautet -μ·B. Im Falle von Singulettzuständen, d.h. Zuständen, bei denen sich der Spin der Elektronen zu Null kompensiert, gilt der einfache Zusammenhang μL=-μBL zwischen dem magnetischen Moment μL und dem (in Einheiten des durch 2π dividierten Planckschen Wirkungsquantums h gezählten) Bahndrehimpuls L, wobei μB = eh/(4πm) = 9,2741·10-24 Am2 (mit e als Ladung und m als Masse des Elektrons) das Bohrsche Magneton bezeichnet. Die zur gleichen Bahndrehimpulsquantenzahl L gehörigen Unterniveaus spalten daher entsprechend der magnetischen Quantenzahl ML (Komponente von L in H-Richtung) auf, wobei die Niveauverschiebung ΔE(ML) = μBMLB beträgt. Die einzelnen Unterniveaus sind somit äquidistant. Zusammen mit der Auswahlregel ΔML=0 oder ±1 hat dies zur Folge, daß sich bei Übergängen zwischen zwei Singulettzuständen unabhängig von L stets nur 3 Linien ergeben (Zeeman- oder Lorentz-Triplett): eine unverschobene und zwei um Δν=±μBB/h in ihrer Frequenz verschobene Komponenten. Bei Beobachtung senkrecht zur Feldrichtung erscheinen alle drei Komponenten linear polarisiert; die unverschobene Komponente schwingt parallel und die verschobenen schwingen senkrecht zu den magnetischen Feldlinien (transversaler Z.). Bei Beobachtung in der Feldrichtung sieht man nur die beiden verschobenen äußeren Komponenten, die gegensinnig zirkular polarisiert sind (longitudinaler Z.). Der Z. des Singulettssystems wird als normaler Z. bezeichnet. Von diesem unterscheidet sich der an Multiplettsystemen zu beobachtende sogenannte anomale Z. durch eine größere Komplexität der Linienaufspaltung. Auch hier herrscht Symmetrie zwischen den nach größeren und den nach kleineren Frequenzen verschobenen Komponenten, und die Veschiebung ist der Feldstärke proportional. Alle beobachteten Verschiebungen sind gebrochen rationale Vielfache der Verschiebung beim normalen Z. (Rungesche Regel). Beim anomalen Z. hat man es mit Energiezuständen des Atoms zu tun, bei denen der Gesamtspin S der Elektronen nicht verschwindet (Multiplettzustände). Dieser trägt daher auch zum magnetischen Moment bei.

Beobachtet wird der anomale Z. in schwachen Magnetfeldern, bei denen die magnetischen Aufspaltungen noch klein im Vergleich zu den bereits vorhandenen Multiplettaufspaltungen sind. Bei starken Magnetfeldern (H

106 A/m) kehrt sich dieses Größenverhältnis um und es wird wieder ein normaler Z. beobachtet, der dann als Paschen-Back-Effekt bezeichnet wird.

Aus der Zeeman-Aufspaltung von Spetrallinien läßt sich auch das magnetische Feld (z.B. auf der Sonne oder anderen Himmelskörpern) bestimmen.

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Roland Barth, Jena
Dr. Artur Bärwolff, Berlin
Dr. Lothar Bauch, Frankfurt / Oder
Hans G. Beck, Jena
Joachim Bergner, Jena
Dr. Andreas Berke, Köln
Dr. Hermann Besen, Jena
Prof. Dr. Jürgen Beuthan, Berlin
Dr. Andreas Bode, Planegg
Prof. Dr. Joachim Bohm, Berlin
Prof. Dr. Witlof Brunner, Zeuthen
Dr. Eberhard Dietzsch, Jena
Kurt Enz, Berlin
Prof. Joachim Epperlein, Wilkau-Haßlau
Prof. Dr. Heinz Falk, Kleve
Dr. Wieland Feist, Jena
Dr. Peter Fichtner, Jena
Dr. Ficker, Karlsfeld
Dr. Peter Glas, Berlin
Dr. Hartmut Gunkel, Berlin
Dr. Reiner Güther, Berlin
Dr. Volker Guyenot, Jena
Dr. Hacker, Jena
Dipl.-Phys. Jürgen Heise, Jena
Dr. Erwin Hoffmann, Berlin (Adlershof)
Dr. Kuno Hoffmann, Berlin
Prof. Dr. Christian Hofmann, Jena
Wolfgang Högner, Tautenburg
Dipl.-Ing. Richard Hummel, Radebeul
Dr. Hans-Jürgen Jüpner, Berlin
Prof. Dr. W. Karthe, Jena
Dr. Siegfried Kessler, Jena
Dr. Horst König, Berlin
Prof. Dr. Sigurd Kusch, Berlin
Dr. Heiner Lammert, Mahlau
Dr. Albrecht Lau, Berlin
Dr. Kurt Lenz, Berlin
Dr. Christoph Ludwig, Hermsdorf (Thüringen)
Rolf Märtin, Jena
Ulrich Maxam, Rostock
Olaf Minet, Berlin
Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
Günter Osten, Jena
Prof. Dr. Harry Paul, Zeuthen
Prof. Dr. Wolfgang Radloff, Berlin
Prof Dr. Karl Regensburger, Dresden
Dr. Werner Reichel, Jena
Rolf Riekher, Berlin
Dr. Horst Riesenberg, Jena
Dr. Rolf Röseler, Berlin
Günther Schmuhl, Rathenow
Dr. Günter Schulz, Berlin
Prof. Dr. Johannes Schwider, Erlangen
Dr. Reiner Spolaczyk, Hamburg
Prof. Dr. Peter Süptitz, Berlin
Dr. Johannes Tilch, Berlin (Adlershof)
Dr. Joachim Tilgner, Berlin
Dr. Joachim Träger, Berlin (Waldesruh)
Dr. Bernd Weidner, Berlin
Ernst Werner, Jena
Prof. Dr. Ludwig Wieczorek, Berlin
Wolfgang Wilhelmi, Berlin
Olaf Ziemann, Berlin


Partnerinhalte