13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt 13.1. Der

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13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
13. Atome in äusseren Magnetfeldern
der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt
13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
13.3. Paschen Back Effekt (1912)
13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur
13.5. Kern Spin Resonanz
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
13.1. Der normale Zeeman Effekt
der Zeemaneffekt
Experiment:
Betrachte die Änderung
der Spektrallinien in einem
magnetischen Feld
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
13.1. Der normale Zeeman Effekt
der Zeemaneffekt
Beobachtung:
Mit Äusserem Magnetfeld
sieht man 3 Linien statt 1
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Drehimpuls l
r
Warum 3 nicht 5 Linien????
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
1) Äquidistant
2) nur Δ ml=0, § 1
Δ ml=-2 Verboten
(Drehimpulserhaltung)
Warum 3 nicht 5 Linien????
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Drehimpuls wird vom Photon
aufgenommen:
1) Δl=1 (im Bild immer erfüllt)
2) Δ ml =
Richtung des
Photonendrehimpulses
zum Magnetfeld
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Wiederholung: Photonendrehimpuls
zirkularpolarisiertes Licht
ml=-1
ml=1
Ausbreitungsrichtung
Photonendrehimpuls +- h
linear polarisiertes Licht
ml=0
Ausbreitungsrichtung
Drehimpuls gleichwahrscheinlich
in oder gegen Ausbreitungsrichtung
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
m=-1 m=0 m=+1
der Zeemaneffekt
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt
13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
bisher: nur l, kein Spin
Beispiel: j=3/2
B-Feld
Achse
B-Feld
Achse
mj=+3/2
j=1+1/2 = 3/2
s
l
mj=+1/2
mj=-1/2
mj=-3/2
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Was ändert sich wenn der Gesamtdrehimpuls j nicht nur aus
Bahndrehimpulses l besteht? Ist es nicht egal ob l oder j?
Abstände sind unterschiedlich
Aber: μj ist komplizierter
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
l und μl antiparallel
und proportional
s
l
j
l
μl
μs
μj
gj
hängt von der
Zusammensetzung
in l, s ab
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt
13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
13.3. Paschen Back Effekt (1912)
hier
Ernst Emil Alexander
Back (1881 - 1959)
Doktorand bei Paschen
Doktorarbeit:
'Zur Prestonschen Regel‘
heute:
Paschen-Back-Effekt
Friedrich Louis Carl
Heinrich Paschen
(1865 - 1947)
Frage: Was passiert, wenn
man das Magnetfeld soweit
erhöht, dass es stärker wird
als das „interne“ Magnetfeld
aufgrund des Bahndrehimpulses?
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
kein B-Feld
schwaches B-Feld
der Zeemaneffekt
starkes B-Feld
ml
ms
+1
0
-1
+1
+1/2
+1/2
+1/2
-1/2
0 wegen
-1/2
-1 gs=2
-1/2
fast gleich
0
+1/2
0
-1/2
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Äußeres B Feld
schwächer als B Feld von l
“Anomaler Zeeman”
Äußeres B Feld
viel stärker als B Feld von l
“Paschen Back”
Drehimpuls l
r
l und s
koppel einzeln
ans B Feld
j nicht konstant
s
j
l
l
l,s koppel zu j
Kopplung der
magnetischen Momente
aneinander wichtiger
als ans B Feld
B
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
Zwischenbereich:
schwierig
Nichtlinear
13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt
13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
13.3. Paschen Back Effekt (1912)
13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur
Hyperfein
ohne B Feld
Schwaches
B-Feld
Stärkeres
B-Feld
Bricht
Kopplung
von j und I zu F
auf
j
Kern
l
s
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Beispiel:
Proton 1Tesla
42MHz = 10-7eV
Kern Zeemanniveaus
thermisch FAST
statistisch besetzt
(1 Tesla nur 10-6
Besetzungunterschied)
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: z.B. Magnetfeldmessung
magnetische Moment des
Protons sehr gut bekannt
Magnetfeldmessung relativ auf 10-8
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: Chemie
Die Bindungen
verändern die Abschirmung
des angelegten stationären
B Feldes und damit
die Resonanznergie
der Zeemaneffekt
13. Atome in äusseren Magnetfeldern:
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: Medizin
Ortsaufgelöste NMR
Ortsabhängiges
Magnetfeld
der Zeemaneffekt
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