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电子发生跃迁前后两个原子态的总自旋都为零的谱线称为单态谱线，单态谱线分裂为三条的现象称为正常塞曼效应。 当原子处于外磁场中时，由于原子磁矩 和外加磁场 的相互作用，原子的能级分裂为 层，因此谱线也 将分裂，这就是塞曼效应。 当s1=s2=0 ：洛仑兹单位。 例 镉原子的一条谱线( ， 中发分裂，问(1)原谱线分为几条？(2)相邻谱线的间隔为 )在外场 多少？(3)是否为正常塞曼效应？(4)画出相应的能级图。 解： ， ， ， ， ， ， ， ， 跃迁选择定则： ( 除外) ：2 1 0 -1 -2 ： 1 0 -1 格罗春图 0 , +1, -1， * 张延惠 原子物理 * 设无磁场时，有两个能级 ，它们之间的跃迁将 产生一条谱线： 若加外磁场，则两个能级各附加能量 ，使能级 发生分裂，所以光谱为： 反常塞曼效应是上下能级 s1,s2 都不等于零，g1,g2都不等于1，非单态能级之间的跃迁 ：洛仑兹单位。 跃迁选择定则： ( 除外) 例 讨论Na双线： ， ； ， 在外场中的分裂情况。 解： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， * 张延惠 原子物理 * 这两条谱线是从2P3/2，1/2→2S 1/2跃迁的结果，其M，g值如表 * 张延惠 原子物理 * 钠原子589.6nm和589.0nm谱线在外磁场中反常塞曼效应 * 张延惠 原子物理 * 跃迁选择定则： ( 除外) 复习一下电磁学中偏振及角动量方向的定义。 对于沿Z方向传播的电磁波，它的电矢量必定在xy平面(横波特性)，并可分解为Ex和Ey ?: 当α=0时，电矢量就在某一方向做周期变化，此即线偏振；当α=π/2，A=B时，合成的电矢量的大小为常数，方向做周期性变化，矢量箭头绕圆周运动，此即圆偏振。下面定义右旋偏振和左旋偏振：若沿着z轴对准光传播方向观察见到的电矢量作顺时针转动，称右旋(圆)偏振；假如见到的电矢量作逆时针转动，则称为左旋(圆)偏振。圆偏振光具有角动量的实验事实，是由贝思(R·A·Beth)在1936年观察到的，光的角动量方向和电矢量旋转方向组成右手螺旋定则。因而对右旋偏振，角动量方向与传播方向相反，对左旋偏振，两者相同。 * 张延惠 原子物理 * * 张延惠 原子物理 * 对于ΔM=M2-M1=1，原子在磁场方向(z)的角动量减少1个；把原子和发出的光子作为一个整体，角动量必须守恒，因此，所发光子必定在磁场方向具有角动量。因此，当面对磁场方向观察时，由于磁场方向即光传播方向，所以J与光传播方向一致，我们将观察到σ+偏振。同理，对于ΔM=M2-M1=-1,原子在磁场方向的角动量增加1个，所发光子必定在与磁场相反的方向上具有角动量，因此，面对磁场方向时，将观察到σ-偏振。在右图中给出了面对磁场方向观察到的σ±偏振的情况。 面对磁场观察到的σ±谱线 * 张延惠 原子物理 * 对于这两条谱线，电矢量在xy平面，因此，在与磁场B垂直的方向(例如x方向)观察时，只能见到Ey分量(横波特性)，我们观察到二条与B垂直的线偏振光σ±。 对于ΔM=M2-M1=0的情况，原子在磁场方向(z方向)的角动量不变，光子必定具有在与磁场垂直方向(设为x方向)的角动量，光的传播方向与磁场方向垂直，与光相应的电矢量必定在yz平面内，它可以有Ey和Ez分量。但是，凡角动量方向在xy平面上的所有光子都满足ΔM=0的条件，因此，平均的效果将使Ey分量为零。 在沿磁场方向(z)上既观察不到Ey分量，也不会有Ez分量(横波特性)，因此就观测不到ΔM=0相应的π偏振谱线。 L: Lorentz 单位 J L L S B B S * 张延惠 原子物理 * 无场 弱场 强场 MJ ML ML+2MS 3/2 ? -1/2 -3/2 ? -1/2 ? -1/2 1 0 -1,1 0 -1 2 1 0 -1 -2 0,+1 0,-1 2P3/2 2P1/2 2S1/2 §23.氢原子能谱研究进展 历史 (p.190) 1.一个假设-电子的自旋 小 结 2.三个实验 史特恩-盖拉赫实验：在外加非均匀磁场情况下原子束的分裂； 碱金属双线：在无外磁场情况下的谱线分裂； 塞曼效应：在外