主な相違点 – 通常のゼーマン効果と異常なゼーマン効果

ゼーマン効果とは、外部磁場の存在下で原子スペクトルのスペクトル線が分裂することです。

原子の磁気運動量と外部磁場との相互作用の結果です。

ゼーマン効果には、通常のゼーマン効果、異常ゼーマン効果、反磁性ゼーマン効果の3種類があります。

通常のゼーマン効果と異常ゼーマン効果の主な違いは、通常のゼーマン効果がスペクトル線を3本に分割して三重項を形成するのに対し、異常ゼーマン効果はスペクトル線の分割から異なる分割パターンを形成することである。

ノーマル・ゼーマン効果とは

外部磁場と軌道磁気モーメントの相互作用により、原子スペクトルのスペクトル線が分裂することをいう。

3種類のゼーマン効果のうちの1つ。

この効果は、電子スピンがない状態でも観測される。

原子にエネルギーが与えられると、その原子は励起状態を獲得する。

その原子の電子はエネルギーを吸収して、より高いエネルギー準位に移動することができます。

同様に、その原子のすべての電子は、エネルギーを吸収してより高いエネルギー準位に移動することができます。

これによって、その原子の吸収スペクトルが得られます。

各スペクトル線は、電子が移動したエネルギー準位間のエネルギー差を示している。

通常の状態で得られるスペクトルと、原子を磁場中に置いたときに得られるスペクトルは異なります。

分裂により、より多くのスペクトル線を示している。

通常のゼーマン効果は、ゼロスピン状態でも観測することができます。

ゼロスピン状態では、電子スピンは角運動量に寄与しない。

通常のゼーマン効果は、期待されるスペクトルでは1本のスペクトル線であるが、観測されたスペクトルでは3重項として観測されることがあります。

ここでは、1本のスペクトル線が等間隔で3本に分割されています。

異常ゼーマン効果とは？

異常ゼーマン効果とは、原子スペクトルのスペクトル線が、磁場と軌道および固有磁気モーメントとの相互作用によって分裂することである。

この効果は、スペクトル線の複雑な分裂として観測される。

ある種の原子では、三重項形成ではなく、複雑な分裂パターンが存在する。

これが異常ゼーマン効果です。

ここでは、スペクトル線が4本、6本などに分裂している。

また、スペクトル線とスペクトル線の間隔が予想以上に広くなることもあります。

これは、電子のスピンの影響によって起こる。

電子のスピンは角運動量に寄与するため、分割はより複雑になる。

図1: 磁場の強さが異なる場合のゼーマン効果

さらに、印加される磁場はスペクトル線の分割パターンに影響を与える。

弱い磁場では、通常のゼーマン効果に近い分割が行われる。

しかし、磁場が強くなると、分割パターンも変化する。

正常なゼーマン効果と異常なゼーマン効果の違い

定義

ノーマル・ゼーマン効果。

外部磁場と軌道磁気モーメントの相互作用により、原子スペクトルのスペクトル線が分裂することをいう。

異常ゼーマン効果。

異常ゼーマン効果とは、磁場と軌道磁気モーメントおよび固有磁気モーメントの組み合わせとの相互作用によって生じる、原子スペクトルのスペクトル線の分裂のことである。

電子スピン

ノーマル・ゼーマン効果。

電子スピンがゼロの状態では、通常のゼーマン効果が観測される。

異常ゼーマン効果。

電子スピンが存在する場合、異常ゼーマン効果が観測される。

分割パターン

通常のゼーマン効果: 1本のスペクトル線が3連に分割される効果。

異常ゼーマン効果: 1本のスペクトル線が、異なる複雑なパターンに分割される効果。

磁気モーメント

ノーマル・ゼーマン効果 軌道磁気モーメントの存在により、通常のゼーマン効果が発生する。

異常ゼーマン効果。

 軌道磁気モーメントと固有磁気モーメントの両方が存在するため、異常ゼーマン効果が発生する。

結論

ゼーマン効果とは、外部磁場が存在するときの原子の振る舞いを表す現象です。

このゼーマン効果には、通常のゼーマン効果と異常ゼーマン効果の2種類があります。

通常ゼーマン効果と異常ゼーマン効果の主な違いは、通常ゼーマン効果がスペクトル線を3本に分割して三重項を形成するのに対して、異常ゼーマン効果はスペクトル線の分割から異なる分割パターンを形成することである。