Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

164 R. GROSS Kapitel 4: Das Wasserstoffatom∆νν 0∆νν∆m = -1∆m = 0∆m = +1E BE || BE BB = 0 B > 0 m B = 0 B > 0 m+2+1l = 2 l = 20-1-2+2+10-1-2(a)longitudinale Beobachtungzirkular polarisierttransversale Beobachtunglinear polarisiertB(b)∆m = +1 0 -1 ∆m = -1 0 +1l = 1+1+1l = 100-1-1AbsorptionEmissionAbbildung 4.14: Normaler Zeeman-Effekt: (a) Aufspaltungsbild und Polarisation einer Spektrallinie mitder Mittenfrequenz ν 0 bei transversaler und longitudinaler Beobachtungsrichtung. (b) Termschema fürZeeman-Übergänge mit ∆m = ±1 in Absorption und Emission.Dieses Verhalten liegt in der Antiparallelität von µ l und L begründet. Diese Anitparallelität 17 ist beiDipolfeldern, die durch die Bewegung von negativen Ladungen auf geschlossenen Bahnen erzeugt wird,zwingend.Polarisation der SpektrallinienWir haben in Physik III gelernt, dass Photonen einen Drehimpuls von ±¯h für rechts- (σ + ) und linkszirkular(σ − ) polarisiertes Licht besitzen. Fällt ein zirkular polarisiertes Photon in z-Richtung auf einAtom im Magnetfeld B = (0,0,B z )), so haben bei σ + -Polarisation alle Photonen den Drehimpuls +¯hund bewirken deshalb bei ihrer Absorption eine Änderung des atomaren Drehimpulses um L z = +¯h. Dasbedeutet, dass zwischen den atomaren Zuständen nur Übergänge mit ∆m = m k − m i = +1 auftreten. Beiσ − -Polarisation werden entsprechend nur Übergänge mit ∆m = −1 induziert. Die gleiche Argumentationkönnen wir auf die Emission anwenden. Beobachtet man die Emission in Richtung des Magnetfeldes,so treten die beiden σ + - und σ − -zirkular polarisierten Komponenten auf. Beobachtet man die Emissionsenkrecht zur Feldrichtung, so treten drei linear polarisierte Komponenten (π-Polarisation) auf: Eineunverschobene mit dem E-Vektor parallel zu B und zwei verschobene mit E ⊥ B (siehe Abb. 4.14a).Eine genauere Erklärung folgt in Abschnitt 6.4.2 bei der Erklärung der Auswahlregeln für Übergängezwischen verschiedenen Energieniveaus.Die Zeeman-Aufspaltung ist nach (4.6.11) unabhängig von den Quantenzahlen n,l, das heißt, alle atomarenZustände sollten die gleiche Aufspaltung ∆E = µ B B und damit den gleichen Abstand zwischenden Zeeman-Komponenten zeigen. Daraus folgt, dass jede Spektrallinie beim Übergang von (n k ,l k ) nach(n i ,l i ) immer in drei Zeeman-Komponenten mit σ + -, σ − - und π-Polarisation aufspalten sollte. Der Frequenzabstandder drei Linien ist jeweils ∆ν = ∆E/h = µ B B/h (siehe Abb. 4.14b).17 Bei positiven Ladungen finden wir eine parallele Kopplung.c○Walther-Meißner-Institut