Лабораторная работа 2.1. Изучение простого эффекта Зеемана

Цель работы: изучение спектральных и поляризационных характеристик излучения вещества, помещенного в магнитное поле на примере синглета кадмия λ = 643.8 нм; определение зависимости величины расщепления линий от напряженности магнитного поля.

Оборудование: кадмиевая лампа, электромагнит, поляризатор, твердотельный эталон Фабри-Перо, интерферометр Фабри-Перо с воздушным зазором, видеокамера персональный компьютер.

Лабораторная работа 2.1. Изучение простого эффекта Зеемана. (2.71 МБ, PDF) Иванцивский М.В. Новосибирск: КОФ НГУ, 2021. – 21 с.

Если источник излучения поместить в магнитное поле, то уровни энергии атомов расщепляются на ряд подуровней, и спектр излучения, испускаемого этими атомами, изменяется. Каждая линия в оптической части спектра расщепляется на несколько компонент. Это явление называется эффектом Зеемана, в честь физика, открывшего его в 1896 году, при исследовании спектров излучения паров натрия. В слабом магнитном поле различают простой (нормальный) и сложный (аномальный) эффекты Зеемана. Слабым называется магнитное поле, в котором зеемановское расщепление уровней значительно меньше их естественного расщепления, обусловленного спин-орбитальным взаимодействием. В простом эффекте Зеемана спектральная линия расщепляется в магнитном поле на две компоненты, если наблюдение ведется вдоль силовых линий магнитного поля или на три компоненты при наблюдении в направлении перпендикулярном силовым линиям магнитного поля. Простой эффект Зеемана наблюдается на синглетных линиях. В остальных случаях имеет место сложный эффект Зеемана, при котором каждая спектральная линия расщепляется на много компонент. Названия «нормальный» и «аномальный» возникли по той причине, что расщепление линий было объяснено Лоренцем на основе классической электронной теории как результат расщепления частоты колебания в атоме упруго связанного электрона. Однако сложный эффект Зеемана не имеет обоснования в рамках классической физики. Квантовая механика успешно объясняет эффект Зеемана, частным случаем которого является «простой» эффект Зеемана.

Лабораторная работа 2.1. Изучение простого эффекта Зеемана. Видео. (MP4, 1280x720) Фатеев Н.В., Нестеренко М.И. Новосибирск: КОФ НГУ, 2012. - 0.21.42.

Фильм содержит описание лабораторной работы "Изучение простого эффекта Зеемана", выполняемой в атомном практикуме физического факультета университета. Для лабораторной работы рассмотрена краткая теория изучаемого явления, обсуждена схема установки, приведено подробное описание порядка проведения измерений.