塞曼效应
塞曼效应
（6-6-11）
其中 Da 和 Db 分别对应于 λa 和 λb 的 k 级的干涉园环直径。 对于相同波长 λ 和的不同次级 k 和 k－1 级的干涉园环有
2 2 Dk −1 − Dk =
4 f 2k d
（6-6-12）
将(6-6-6)式和(6-6-12)式代入(6-6-11)式中，有
Db2 − Da2 λ 2 ∆λ = 2 2 Dk −1 − Dk 2d
1、F—P 标准具 WSB－II 型法布里－珀罗标准具主要有两块玻璃平板 P1、P2 和石英间隔环（块）Q 组成 （图 6-6-6）。平板相对的两个平面具有极高的平面性，其上镀有高反射率的透光镜。间隔 环（块）厚度分别为 1、2、5、10 毫米，且平行性误差极小。为实现两相对平面的平行性精 细调整，间隔环（块）端面作成一对互成 120º的小平面。当有一单色光线以入射角 γ 进入 仪器时， 光线进行多次反射 （在两高反射膜间） 的折射， 最后形成一组透射的平行相干光束， 它与入射角 γ 相对应，困此当仪器用单色的扩展光源或有一定入射孔径的单色点光源照明 时，在无穷远处将形成一组同心干涉环。根据多光束干涉原理，仪器具有细锐干涉条纹，具 有很高分辨本领和聚光能力。
（6-6-13）
可见对已知的 d 和 λ ，通过测量各个园环的直径就可以算出二波长的波长差。 测量电子的荷质比的方法： 以正常赛曼效应为例，光谱分裂的理论结果是波数差是一个洛仑兹单位 L：
% = L = λ2 ∆λ = λ 2 ∆ν
eB 4π mc
（6-6-14）
试验上测量的结果由（6-6-13）式决定，代入（6-6-13）式得到：
3
S1 0 1 1 2
3
P2 1 1 2
L S J G M MG 1 2
塞曼效应
4 π mc
v
选择定则是： M = M 2 M 1 = 0,±1 其中M=0跃迁谱线称为π分支线， M=±1跃迁谱线称为σ分支 线。
Hg5461谱线的分裂现象以及它的偏振状态：
谱线分裂，表明能量差的变化。要了解谱线在磁场中的分裂象就 要考察光源与磁场如何发生相互作用。具有磁矩为的体系，在 外磁场中具有的势能为U=- ZB
，Z=mg B
，U=mg BB
考虑一个原子的两个能级之间的光谱跃迁，在无外磁场时，这个 跃迁的能量为：hν = E 2 E1 在外加磁场时，两能级的能量分别为：
Байду номын сангаас
以汞5460．74光 谱线的塞曼分裂为例， 该谱线是能级6s7s3S1 到6s6p3P2之间跃迁。 与这两能级及其塞曼 分裂能级对应的量子 数和g、M、Mg值如 表：
在外磁场作用 下能级间的跃 迁如图所示。
Hg5461谱线的塞曼分裂示意图
实验装置
塞曼效应实验装置示意图
电磁铁、磁场测量探头、笔型汞灯 、会聚透镜、5461滤光片、法 布里-珀罗标准具 、刻度盘（内有偏振片）、成像透镜、读数显微 镜、控制主机、CCD摄像器件、计算机等。
E2 = E2 + m2 g 2 B B
′
E1 = E1 + m1 g1 B B
′
=
e PL 2 mc
e S = PS mc
总有效磁矩： J = g e P J 2 mc J ( J + 1) + S ( S + 1) L ( L + 1) g称为朗德因子，对于LS耦合 ：g = 1 + 2 J ( J + 1) 在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相互耦合，赋予的耦 合能量为： E = J H cos α = Mg B H eh 式中 B = 4 π m 称为玻尔磁子；为磁量子数，是在磁场方向上 的量子化投影。J一定时，取值为-J，-J+1，，J-1，J，即取2J+1 个数值。两精细能级中磁能级之间的跃迁得到塞曼效应观察到的 分裂光谱线，用波数表示为：
塞曼效应
图1-3-5 塞曼效应实验装置图 汞灯光由会聚透镜成平行光，经滤光片后5461 A0光入射到F-P标准 具上，由偏振片鉴别π成份和σ成份，再经成像透镜将干涉图样成像在 测量望远镜（或CCD光敏面、摄谱仪底板）上。观察塞曼效应纵效应 时，可将电磁铁极中的芯子抽出，磁极转900，光从磁极中心通过。将 1/4波片置于偏振片前方，转动偏振片可以观测σ成份的左旋和右旋圆 偏振光。
光谱线的间线(上下能级自旋量子数S＝0即单重态间的跃迁)在磁场 作用下，把原波数为
的一条谱线分裂成波数为
,
，
的三条谱线，中间的一条为π成份，分裂的二条为σ成份，谱线间隔为 一个洛仑兹单位。对于双重态以上的谱线将分裂成更多条谱线。前者称 为正常塞曼效应，后者称为反常塞曼效应。 例：钠589nm 谱线的塞曼效应 钠589nm谱线是
一、原理
1、 电子自旋和轨道运动使原子具有一定的磁矩。在外磁场中，原子磁 矩与磁场相互作用，使原子系统附加了磁作用能ΔE。又由于电子 轨道和自旋的空间量子化。这种磁相互作用能只能取有限个分立的 值，此时原子系统的总能量为：
（1-3-1） 式中E0为未加磁场时的能量，M为磁量子数，B为外加磁场的磁感应 强度，e为电子电量，m为电子质量，h为普朗克常数，g为朗德因子。 朗德因子的值与原子能级的总角动量J、自旋量子数S和轨道量子 数L有关，在L－S耦合情况下:
塞 曼 效 应
塞曼效应1896年塞曼(Zeeman)发现当光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线分裂成几条光谱线,分裂的谱线成分是偏振的,分裂的条数随能级的类别而不同。
后人称此现象为塞曼效应。
早年把那些谱线分裂为三条,而裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应(洛伦兹单位)。
正常塞曼效应用经典理论就能给予解释。
实际上大多数谱线的塞曼分裂不是正常塞曼分裂,分裂的谱线多于三条,谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位,人们称这类现象为反常塞曼效应。
反常塞曼效应只有用量子理论才能得到满意的解释。
塞曼效应的发现，为直接证明空间量子化提供了实验依据，对推动量子理论的发展起了重要作用。
直到今日，塞曼效应仍是研究原子能级结构的重要方法之一。
实验目的1.掌握观测塞曼效应的实验方法。
2.观察汞原子546.1nm谱线的分裂现象以及它们偏振状态。
3.由塞曼裂距计算电子的荷质比。
实验原理原子中的电子由于作轨道运动产生轨道磁矩,电子还具有自旋运动产生自旋磁矩,根据量子力学的结果,电子的轨道角动量和轨道磁矩以及自旋角动量和自旋磁矩在数值上有下列关系:（1）式中分别表示电子电荷和电子质量；分别表示轨道量子数和自旋量子数。
轨道角动量和自旋角动量合成原子的总角动量,轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩,由于绕运动只有在方向的投影对外平均效果不为零，可以得到与数值上的关系为：（2）式中g叫做朗德(Lande)因子,它表征原子的总磁矩与总角动量的关系,而且决定了能级在磁场中分裂的大小。
在外磁场中，原子的总磁矩在外磁场中受到力矩L的作用（3）式中表示磁感应强度,力矩使角动量绕磁场方向作进动，进动引起附加的能量为将（2）式代入上式得（4）由于和在磁场中取向是量子化的,也就是在磁场方向的分量是量子化的。
的分量只能是的整数倍,即（5）磁量子数M 共有2J+1 个值,（6）这样,无外磁场时的一个能级,在外磁场的作用下分裂成2J+1个子能级,每个能级附加的能量由式（6）决定，它正比于外磁场B和朗德因子g。
塞曼效应ZeemanEffect
塞曼效应Zeeman Effect1986年，塞曼（Pieter Zeeman 1865-1943荷兰物理学家）在洛仑兹电磁理论指导下发现，当光源放在足够强的外磁场中时，原来的一条光谱线分裂成波长靠得很近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同,这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应是继法拉第效应和克尔效应之后被发现的第三个磁光效应，是物理学的重要发现之一。
通常人们把谱线在磁场中分裂为三条，两边的两条与中间一条的波数差正好是mc eB π4/（即一个洛仑兹单位L ）的效应称为正常塞曼效应；而把谱线的分裂多于三条，谱线的裂距是洛仑兹单位L 的简单分数倍的效应称为反常塞曼效应。
它不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。
实际上大多数谱线的塞曼分裂不是正常塞曼分裂， 1925年，乌仑贝克和吉兹米特为了解释反常塞曼效应提出了电子自旋的假设，应用这一假设能很好地解释反常塞曼效应。
也可以说，反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。
从塞曼效应的实验结果中可以得到有关能级分裂的数据，即由能级分裂的个数可以知道能级的J 值，由能级的裂距可以知道g 因子。
因此直到今天塞曼效应仍是研究原子能级结构的重要方法之一。
而反常塞曼效应的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步。
近年来，在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度。
在天文工作上，用塞曼效应来测量太阳和星体表面的磁场强度等。
反常塞曼效应证实了原子具有磁矩的空间量子化,可以精确测定电子的荷质比。
一．预习提要(1)什么是塞曼效应?分裂谱线与原子能级的关系如何? (2)什么叫偏振光?它的分类和辨别方法有哪些? (3)法布里一珀罗标准具的结构及其用途? (4)如何观察塞曼效应的线偏振和圆偏振? 二．实验要求(1)学习调节法布里一珀罗标准具的方法，养成严谨的科学实验态度。
(2)定性地观察塞曼效应现象，从而区分分裂谱线的成分；定量地测量分裂谱线丌成分的直径，从而掌握一种计算荷质比的方法。
塞曼效应
原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象称为塞曼效应;历史上首先观测到并给予理论解释的是谱线一分为三的现象,后来又发现了较三分裂现象更为复杂的难以解释的情况，因此称前者为正常或简单塞曼效应,后者为反常或复杂塞曼效应。
基本信息中文名称：塞曼效应外文名称：Zeeman effect解释：原子的光谱线在外磁场中出现分裂发现者：荷兰物理学家塞曼发现时间：1896年奖项：诺贝尔物理学奖原理简介荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应是法拉第磁效致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。
这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释，更受到人们的重视，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。
1902年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖(以表彰他们研究磁场对光的效应所作的特殊贡献)。
详细内容塞曼效应，英文:Zeeman effect,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。
随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。
这种现象称为"塞曼效应"。
进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应。
完整解释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。
在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。
塞曼效应是继1845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。
塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。
塞曼效应
塞曼效应
荷兰物理学家塞曼（P．Zeemtin）在1896年发现：足够强的磁场可使光谱线分裂成儿条谱线，称光谱的这种分裂现象为静蔓效应。
塞曼效应从实验验证了角动量空间取向的量子化。
在没有外磁场时氢原子从激发态(n=2,l-1)跃迁到基态(n=1,l=0)时，发射的光只有一条谱线，频率为v=(E2-E1)/h；加上外磁场该条谱线分裂为三条，这种分裂现象很易用角动量空间取向量子化解释。
质垣为m0的电子绕原子核运动时，会形成电流，从而有磁矩。
轨道角动量和轨道磁矩之间有如下关系：
在外磁场中氢原子的附加磁能为
式中L2为电子轨道角动量的z分量取值为mh．所以附加磁能为
附加磁能与磁量子数m有关。
对能级E1没有修正，但对E2的修正有三个可能值。
塞曼效应
塞曼效应，英文：Zeeman effect,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.1896年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。
塞曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。
1897年12月，普雷斯顿(T.supeston)报告称，在很多实验中观察到光谱线有时塞曼效应的发现者——荷兰物理学家塞曼。
并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。
反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困扰了一大批物理学家。
1925年，两名荷兰学生乌仑贝克(G.E.Uhlenbeck,1900--1974)和古兹米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。
应用正常塞曼效应测量谱线分裂的频率间隔可以测出电子的荷质比。
由此计算得到的荷质比数值与约瑟夫·汤姆生在阴极射线偏转实验中测得的电子荷质比数量级是相同的，二者互相印证，进一步证实了电子的存在。
塞曼效应也可以用来测量天体的磁场。
1908年美国天文学家海尔等人在威尔逊山天文台利用塞曼效应，首次测量到了太阳黑子的磁场。
偏振特性对于Δm=+1，原子在磁场方向的角动量减少了一个\hbar，由于原子和光子的角动量之和守恒，光子具有与磁场方向相同的角动量\hbar，方向与电矢量旋转方向构成右手螺旋，称为σ+偏振，是左旋偏振光。
反之，对于Δm=-1，原子在磁场方向的角动量增加了一个\hbar，光子具有与磁场方向相反的角动量\hbar，方向与电矢量旋转方向构成左手螺旋，称为σ-偏振，是右旋偏振光。
对于Δm=0，原子在磁场方向的角动量不变，称为π偏振。
如果沿磁场方向观察，只能观察到σ+和σ-谱线的左旋偏振光和右旋偏振光，观察不到π偏振的谱线。
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8. 塞曼效应对量子理论发展的促进作用
勿容置疑，塞曼效应是探索原子结构和发光机制的有力工具，对 当时量子力学的发展起到了很重要的作用。反常塞曼效应的出现，对 原子学说提出了挑战；对反常塞曼效应的研究，困感了众多的物理学 家有达二十多年，但它也一直是精确与重要成果的渊源。 朗德曾发现了能够准确描述反常塞曼效应的半经验公式，但是他 的结果无论用何种模型都无法理解。另外在他的理论中还出现了半最 子 ( “半整数” ) 。对于这种半量子，即使是泡利都大惑不解。当时泡 利正在哥本哈根协助玻尔工作，在泡利看来，一方面，光谱线的反常
3.正常塞曼效应
3.1 正常塞曼效应的实验现象 外磁场中，光谱线发生分裂，原来的一条谱线分裂为三条，且均为偏 振光。如图 1 所示： 单线系的每一条谱线，在垂直磁场方向观察时，每一条分 裂为三条，彼此间隔相等，中间一条()线频率不变；左右两 条()线频率的改变为 L （一个洛仑兹单位） ， 它们都是线偏振 的。 线的电矢量振动方向平行于磁场； 线的电矢量振动方 向垂直于磁场；
h ' h (m2 g2 m1 g1 )B B
（11）
此时 g1 , g 2 均不为 1，即
B B h h 0 B B
'
（12）
9
塞曼效应的理论解释
故不能产生正常的塞曼效应。
4.3 反常塞曼效应的举例分析
2 著名的黄色双线是 2 P 1 2,3 2 S1 2 之间跃迁的结果
这里取 B 的方向沿 z 轴。原子的磁矩主要来自电子的贡献，
（1）
z mg B
U mg B B
进而得 （2）
设原来的两个能级为 E1 和 E2 且 E2 ＞ E1 ，在无外磁场时，这个跃迁的 能量为：
h E2 E1
在外加磁场 B 时，依照（2）式，两能级的能量分别为：
' E2 E2 m2 g2 B B
（3）
（4）
3
塞曼效应的理论解释
E1' E1 m1 g1B B
（5）
显然，每一能级都分裂了：每一能级分裂为 m 个（即 2J+1 个）能级。 但是，观察到的是其差值，即
' h ' E2 E1' ( E2 E1 ) (m2 g2 m1 g1 ) B B
（6）
当体系的自旋为零时， g 2 = g1 =1，则
图 1 Zn 单线的正常塞曼效应 Zn 单线
当沿磁场方向观察时，中间的 成分看不到，只能看到两条 线，它 们都是圆偏振的。如图 2 所示：
2
塞曼效应的理论解释
图 2 正常塞曼效应示意图
3.2 正常塞曼效应的理论解释 具有磁矩为 的体系，在外磁场 B 中具有的势能为：
U B z B
5
塞曼效应的理论解释
无磁场
1D
有磁场
2
M 2 1 0 -1 -2
Mg 2 1 0 -1 -2Βιβλιοθήκη 64381P1
1 0 -1
1 0 -1
0
L 0
图 3 镉 643.847nm 谱线正常塞曼效应跃迁图
3.4 塞曼谱线的偏振特性 垂直磁场方向观察时，可观察到三条谱线，它们都是线偏振的。 线 的电矢量振动方向平行于磁场； 线的电矢量振动方向垂直于磁场；当沿 磁场方向观察时，中间的 成分看不到，只能看到两条 线，它们都是圆 偏振的。如图 4 所示：
2. 塞曼效应的发现
1
塞曼效应的理论解释
1896 年，荷兰物理学家塞曼使用半径 10 英尺的凹形罗兰光栅观 察磁场中的钠火焰的光谱， 他发现钠的 D 谱线似乎出现了加宽的现象。 这种加宽现象实际是谱线发生了分裂。随后不久，塞曼的老师、荷兰 物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。他认为， 由于电子存在轨道磁矩，并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因 此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的 3 条谱线。塞 曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了 1902 年的诺贝尔物理学奖。 1897 年 12 月，普雷斯顿 (T.Preston) 报告说 , 在很多实验中观察 到光谱线有时并非分裂成 3 条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫 做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。反常 塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困 扰了一大批物理学家。1925 年，两名荷兰学生乌仑贝克和古兹米特提 出了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。
'
5.正常塞曼效应和反常塞曼效应的比较
（1）垂直 B 观察： 正常塞曼效应中谱线一分为三， 彼此间隔相等， 中间一条()线频率不 变，左右两条()线频率的改变为 L（一个洛仑兹单位） ，它们都是线偏振 的。 线的电矢量振动方向平行于磁场， 线的电矢量振动方向垂直于磁 场； 反常塞曼效应中谱线一分为多条（一般超过三条） 。 （2）正常塞曼效应中分裂的谱线频率差为洛伦兹单位； 反常塞曼效应中分裂的谱线频率差不为洛伦兹单位。 （3）都产生 光和 光。 （4）产生正常塞曼效应条件：原子总自旋角动量量子数 S＝0，事实上， 只有电子数目为偶数并形成独态的原子，才能有正常的塞曼效应； 产生反常塞曼效应条件：原子总自旋角动量量子数 S>0。
电矢量为平面偏振光，形成 光。如图 5 所示： （3）当： M M 2 (初） M1 (末） =-1 跃迁后，原子的角动量在磁场方向上，即 Z 方向上增加 1 ； 跃迁所发出的光子的角动量在磁场方向上，即 Z 方向上为- 1 ； 逆着+Z 方向观察， 为右旋圆偏光 ； 垂直 B 方向观察， 绕 Z 轴旋转的电矢量为平面偏振光，形成 光。如图 6 所 示：
h ' h (m2 m1 )B B
（7）
按照电偶极跃迁的选择规则：
m m2 m1 0， 1
（8）
我们只有三个 h 的数值，即只有三条谱线：
'
B B h h 0 B B
'
（9）
或用频率表示为
eB 4 m e ' 0 eB 4 m e
3.3 正常塞曼效应的举例分析 磁能级之间的跃迁受到选择定则的限制：
M 0 时，产生 线（但 J 0 时， M 2 0 M1 0 除外）
M 1 时，产生 线。
以镉原子的 643.847nm 谱线在外磁场中的分裂为例，对镉原子磁矩有 贡献的是两个电子，它们的自旋取向相反，因此总自旋 S=0(2S+1=1，是独 态)，故能产生正常塞曼效应；事实上，只有电子数目为偶数并形成独态的 原子，才能有正常的塞曼效应。 这条线对应的跃迁是 1D2 1P 1 L
M1 (末） =+1 （2） 当： M M 2 (初）
跃迁后，原子的角动量在磁场方向上，即 Z 方向上减少 1 ；
7
图 5 左旋圆偏光
塞曼效应的理论解释
跃迁所发出的光子的角动量在磁场方向上，即 Z 方向上为 1 ； 逆着+Z 方向观察，为左旋圆偏光 ；垂直 B 方向观察，绕 Z 轴旋转的
【1】 分；而在 Z 方向观察不到π 光 。
4.反常塞曼效应
4.1 反常塞曼效应的实验现象 双重或多重结构的原子光谱， 在较弱 的磁场中，每一条谱线分裂成许多条分 线。钠黄线在外磁场中分裂如下：
无磁场:
垂直 B 方向观察:
图 8 钠黄线的分裂
4.2 反常塞曼效应的理论解释 分裂谱线的能量将由式（7）给出，即
图 6 右旋偏光
M1 (末） =0 （4）当 M M 2 (初）
跃迁后，原子在磁场方向上的角动量不变，光子的角动量垂直于 Z 轴。 如图 7 所示：
图7
光
8
塞曼效应的理论解释
在 XY 平面内的角动量都垂直于 Z 轴,相应的电矢量分解为 z 方向的和 XY 平面内的；XY 平面内的电矢量因相互叠加而消失，最后，仅仅剩下 z 方 向的电矢量。由于光是横波，所以光只能沿着垂直 Z 轴方向传播，为π成
6.塞曼效应的破坏
只有当外磁场的强度比较弱， 不足以破坏自旋-轨道耦合时才会出现反 常塞曼效应， 这时自旋角动量和轨道角动量分别围绕总角动量作快速进动， 总角动量绕外磁场作慢速进动。当磁场很强时，自旋角动量和轨道角动量 不再合成总角动量，而是分别围绕外磁场进动。这时反常塞曼效应被帕邢巴克效应所取代，其效果是恢复到正常塞曼效应，即谱线分裂成 3 条，相 互之间间隔一个洛伦兹单位。这里磁场的“强”与“弱”是相对的，例如 3T 的磁场对于钠 589.6nm 和 589.0nm 的双线是弱磁场，不会引起帕邢-巴
塞曼效应的理论解释
塞曼效应的理论解释
摘要：原子光谱在外磁场中进一步发生分裂的现象称为塞曼效应。正常塞
曼效应谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等 e
4 me
,
可用经典理论给予很好的解释。但实际上大多数谱线的分裂多于三条，谱 线间的频率差是 e
4 me
的简单分数倍，称为反常塞曼效应，它不能用经
典理论解释，只有量子理论才能得到满意的解释。
关键词：外磁场，塞曼效应，频率差， e 4 m 1.塞曼效应的简介
e
塞曼效应是 1896 年由荷兰物理学家塞曼发现的。他发现，原子光 谱线在外磁场发生了分裂。随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成 3 条的原因。这种现象称为“塞曼效应”。进一步的研究发现，很多原 子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应。完整解 释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总 磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起 能级分裂。在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总 自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。 塞曼效应是继 1845 年法拉第 效应和 1875 年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。 塞 曼效应证实了原子磁矩的空间量子化和电子自旋假设的正确性，为研 究原子结构提供了重要途径，被认为是 19 世纪末 20 世纪初物理学最 重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理 中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。