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

13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt

13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur13.5. Kern Spin Resonanz

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt


Experiment:Betrachte die Änderungder Spektrallinien in einemmagnetischen Feld

13.1. Der normale Zeeman Effekt


13.1. Der normale Zeeman Effekt

Beobachtung:Mit Äusserem Magnetfeldsieht man 3 Linien statt 1

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektDrehimpuls l

r

Warum 3 nicht 5 Linien????


Warum 3 nicht 5 Linien????

1) Äquidistant

2) nur ml=0, § 1

ml=-2 Verboten(Drehimpulserhaltung)


Drehimpuls wird vom Photonaufgenommen:

1) l=1 (im Bild immer erfüllt)2) ml =

Richtung desPhotonendrehimpulseszum Magnetfeld


zirkularpolarisiertes Licht

Photonendrehimpuls +- h

linear polarisiertes Licht

Drehimpuls gleichwahrscheinlichin oder gegen Ausbreitungsrichtung

Ausbreitungs-richtung

ml=1ml=-1

Ausbreitungs-richtung

ml=0

Wiederholung: Photonendrehimpuls


m=-1 m=0 m=+1


13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt

bisher: nur l, kein Spin

j=1+1/2 = 3/2

l

s

B-FeldAchse

B-FeldAchse

Beispiel: j=3/2

mj=+3/2

mj=+1/2

mj=-1/2

mj=-3/2

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektWas ändert sich wenn der Gesamtdrehimpuls j nicht nur aus Bahndrehimpulses l besteht? Ist es nicht egal ob l oder j?

Abstände sind unterschiedlich

Aber: j ist komplizierter


l und l antiparallel und proportional

l

gj

hängt von der Zusammensetzun

gin l, s ab

j

l

s

l

s

j


13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)

Friedrich Louis Carl Heinrich Paschen (1865 - 1947)

Doktorarbeit:'Zur Prestonschen Regel‘heute:Paschen-Back-Effekt

Ernst Emil Alexander Back (1881 - 1959)Doktorand bei Paschen

Frage: Was passiert, wenn man das Magnetfeld soweit erhöht, dass es stärker wirdals das „interne“ Magnetfeldaufgrund des Bahndrehimpulses?

hier


kein B-Feld schwaches B-Feld starkes B-Feldml ms

+1 +1/2 0 +1/2-1 +1/2+1 -1/2

wegengs=2

fast gleich

0 -1/2-1 -1/2

0 +1/2

0 -1/2

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektÄußeres B Feldschwächer als B Feld von l“Anomaler Zeeman”

Drehimpuls l

r

j

l

l,s koppel zu j

Kopplung der magnetischen Momenteaneinander wichtigerals ans B Feld

B

Äußeres B Feldviel stärker als B Feld von l“Paschen Back”

l und skoppel einzelnans B Feldj nicht konstant

l

s

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektZwischenbereich:schwierigNichtlinear

13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur

Hyperfeinohne B Feld

SchwachesB-Feld

Stärkeres B-Feld

BrichtKopplungvon j und I zu Fauf

Kerns

lj


13.5. Kernspinresonanz

Beispiel:

Proton 1Tesla42MHz = 10-7eV

Kern Zeemanniveausthermisch FASTstatistisch besetzt(1 Tesla nur 10-6 Besetzungunterschied)



Anwendung: z.B. Magnetfeldmessung

magnetische Moment desProtons sehr gut bekannt

Magnetfeldmessung relativ auf 10-8



Anwendung: Chemie

Die Bindungenverändern die Abschirmungdes angelegten stationärenB Feldes und damitdie Resonanznergie



Anwendung: Medizin

Ortsaufgelöste NMR

Ortsabhängiges Magnetfeld

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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