Effetto Zeeman

Il fisico olandese Pieter Zeeman nel 1896 scoprì un fenomeno per il quale si ha una suddivisione delle linee spettrali emesse da un gas eccitato in presenza di campo magnetico  in più componenti polarizzate con polarizzazione dipendente dall’angolo tra direzione del campo magnetico e direzione di osservazione a causa dell’interazione tra il momento angolare L e il momento di spin S degli elettroni con il campo magnetico.

Gli elettroni infatti sono particelle cariche confinate nei livelli energetici degli orbitali caratterizzati da un numero quantico di momento angolare ed inoltre possiedono spin seminintero e pertanto presentano momenti magnetici.

Un elettrone circolante in un orbitale ha un momento angolare L genera un campo magnetico interno che interagisce con il momento magnetico proprio dell’elettrone S e pertanto avviene un accoppiamento spin-orbita ( S-L).

L’ interazione è spiegata attraverso la composizione di momenti angolari  in meccanica quantistica. L’Hamiltoniano di un atomo in presenza di campo magnetico vale

H = Ho + VM

dove Ho è l’Hamiltoniano imperturbato e VM è la perturbazione dovuta alla presenza del campo magnetico: VM = – μ·B

dove μ è il momento magnetico dell’atomo costituito da una parte dovuta all’elettrone e un’altra dovuta al nucleo sebbene quest’ultima sia di molti ordini di grandezza minore e può essere trascurata.

Pertanto μ = –  μB gJ/ħ

dove μB è il magnetone di Bohr, J è il momento angolare elettronico e g è il fattore di Landé dato dal rapporto tra il momento magnetico e il momento  angolare orbitale di un sistema.

L’operatore del momento magnetico di un elettrone è dato dalla somma dei contributi del momento angolare orbitale L e del momento angolare di spin S ciascuno moltiplicato per l’opportuno rapporto giromagnetico:

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Author: Chimicamo

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