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MagnetfeldabhängigkeitZoomA-Z

Fachgebiet - Quantenphysik

Die Spektrallinien eines Atoms werden bei Anlegen eines Magnetfeldes aufgespalten. Dieser Effekt wurde bereits 1896 von Pieter Zeeman beobachtet, konnte aber erst später im Rahmen der Quantenmechanik zufrieden stellend gedeutet werden.

Die Vorstellung von einem Elektron, das sich auf einer Kreisbahn um den Atomkern bewegt, ist aus quantenmechanischer Sicht zwar unpräzise, aber dieses Bild ermöglicht dafür eine anschauliche Deutung: Mit einer derartigen Kreisbewegung des Elektrons ist ein magnetisches Moment verbunden; ein äußeres Magnetfeld ändert die Bahnebene des Elektrons. Nach der klassischen Physik wären dabei beliebige Orientierungen zulässig, in der quantenmechanischen Beschreibung hingegen sind nur bestimmte Bahnebenen erlaubt.

Zusätzlich zu den Quantenzahlen n und l wird deshalb die Magnetquantenzahl m eingeführt. Für jedes gegebene l sind die Werte m=±l,±(l1),...,0 erlaubt, insgesamt also 2l+1 verschiedene Orientierungen, die der beobachteten Aufspaltung der Spektrallinien beim Zeeman-Effekt entsprechen.

Eine weitere Aufspaltung von Spektrallinien ergibt sich als Feinstruktur durch die Wechselwirkung mit dem Spin der Elektronen und als Hyperfeinstruktur durch die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Atomkerns.