A1 Zeeman - Effekt
Befinden sich die Atome eines Stoffes in einem äußeren homogenen Magnetfeld, so findet eine Wechselwirkung zwischen den magnetischen Momente ihrer Valenzelektronen und dem Feld statt. Die dabei auftretenden Energien sind gequantelt und führen zur diskreten Aufspaltung der atomaren Energieniveaus. Diese Erscheinung ist beobachtbar in der Aufspaltung einer zu einem Niveauübergang gehörenden Spektrallinie in ein Liniensystem mit charakteristischen Polarisationseigenschaften. Pieter Zeeman (1865 - 1943) gelang 1896 der experimentelle Nachweis dieses durch die Theorie bereits zuvor vermuteten Effektes.
Als normaler Zeeman-Effekt wird die Aufspaltung von Singulett-Niveaus im äußeren homogenen Magnetfeld bezeichnet. Eine Spektrallinie, die durch Übergang in einem Singulettsystem unter Einfluss eines äußeren homogenen Magnetfeldes entsteht, fächert je nach Beobachtungsrichtung (parallel oder vertikal zur Richtung des äußeren Magnetfeldes) zu einem Liniensystem aus zwei oder drei Komponenten mit jeweils charakteristischen Polarisationseigenschaften auf. Ein komplizierteres Liniensystem entsteht beim Übergang zwischen zwei Niveaus eines Systems höherer Multiplizität (M>1) durch Hinzutreten des Landé-Faktors. Die Aufspaltung der Energieniveaus mit nicht verschwindendem Spin wird als anomaler Zeeman-Effekt bezeichnet.
Im Versuch wird die optische Zeeman-Aufspaltung von Emissionslinien untersucht. Ein Weiß'scher Magnet erzeugt am Ort der Spektrallampe ein homogenes Magnetfeld. Zur Messung der Linienaufspaltung dient ein Fabry-Perot-Interferometer.
Versuchsbetreuer A1
Dr. A. Heuer
Experimentelle Aufgabenstellung:
- Charakterisierung der Messbedingungen
- Am Ort der Spektrallampe ist die magnetische Flussdichte B in Abhängigkeit vom Spulenstrom IS zu messen.
- Durch Vergleichsmessungen ist die Homogenität des Magnetfeldes im Gebiet der Emission zu prüfen.
- Die Meßkurve B(IS) ist zu diskutieren.
- Der Justierzustand des Fabry-Perot-Interferometers ist hinsichtlich der Parallelität der Fabry-Perot-Platten bei gegebenem Abstand und hinsichtlich der Parallelität der kollimierten Strahlung bei Abstandsänderung zu beurteilen und gegebenenfalls zu verbessern.
- Zeeman-Aufspaltung
- Am Liniensystem der aufgespaltenen roten Cadmium-Linie (643,8 nm; normaler Zeeman-Effekt) ist für die transversale und die longitudinale Beobachtungsrichtung eine Polarisationsanalyse durchzuführen.
- Die Aufspaltung der roten Cadmium-Linie ist in Abhängigkeit vom Spulenstrom bei transversaler und longitudinaler Beobachtungsrichtung fotografisch zu dokumentieren.
- Die Zeeman-Aufspaltung Dl ist aus den Durchmessern der Interferenzringe zu berechnen und als Funktion der magnetischen Flussdichte darzustellen. Aus der Funktion ist die spezifische Ladung des Elektrons zu ermitteln. Der Vergleich mit dem Literaturwert soll zu einer Einschätzung der Messergebnisse führen.
- Der anomale Zeeman-Effekt ist an der Aufspaltung der Cadmium-Linie mit der Wellenlänge 508,6 nm qualitativ zu untersuchen. Das Interferometer ist dabei so einzustellen, dass sein Auflösungsvermögen hinreichend ist, um die Anzahl der Komponenten des Liniensystems aus einer fotografischen Aufnahme auszuzählen und mit der nach der Theorie errechneten zu vergleichen.
- Es ist zu prüfen, ob unter den gegebenen experimentellen Bedingungen eine Aufhebung der Russell-Saunders-Kopplung (Paschen-Back-Effekt) erreicht werden kann.