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Atome im Magnetfeld

Normaler und anomaler Zeeman-Effekt

Der normale Zeeman-Effekt tritt dann auf, wenn die Elektronenspins zu 0 koppeln ( $S = 0$ ) und daher nichts zum magnetischen Moment des Atoms beitragen. In diesem Fall liegt ein reiner Bahn-Magnetismus vor. Dann ist $g_{J} = 1$ und

Δ E_{B} = μ_{B} \cdot B \cdot m_{J} .

Die Auswahlregeln $Δ m_{J} = 0, + 1, - 1 (π, σ^{+}, σ^{-})$ führen also genau auf das Linientriplett, das auch die klassische Theorie mitsamt der Größe der Aufspaltung erklären kann.

Abb.1: 6438 Å-Linie des Cadmiums

Der normale Zeeman-Effekt bei der 6438 Å-Linie des Cadmiums. Jede Linie $(π, σ^{+}, σ^{-})$ stammt in Wirklichkeit von drei Übergängen mit identischer Frequenz resp. Wellenlänge.

Demgegenüber ist der anomale Zeeman-Effekt durch $S > 0$ und damit durch das Vorhandensein des Spin-Magnetismus gekennzeichnet, was eigentlich als der Normalfall anzusehen ist. Die magnetischen Momente des Atoms in den beiden beteiligten Zuständen setzen sich dann aus dem Bahn- und dem Spin-Magnetismus zusammen, die $g$ -Faktoren werden verschieden von 1 und auch für beide beteiligten Niveaus unterschiedlich groß, was zur Folge hat, dass die Spektrallinien in mehr als drei Komponenten aufspalten.

Abb.2: Doppellinie D des Natrium-Atoms

Der anomale Zeeman-Effekt der Doppellinie D des Natrium-Atoms. Die Aufspaltung in die einzelnen Unterniveaus (rot) ist maßstäblich, der Abstand der blauen Niveaus nicht. Rechts das Aufspaltungsbild im Feld von 3 Tesla.