Experimentalphysik III (Atomphysik)

10.4. Dia– und Paramagnetismus, Di– und Parelektrische Atome, Starkeffekt 195
Abb. 10.7: Übergang vom anomalen
Zeeman–Effekt zum Paschen–Back–
Effekt. Beim Zeeman–Effekt gibt das
Produkt mJ · gJ die relative Weite
der Aufspaltung an; beim Paschen–
Back–Effekt wird sie von der Summe
(mL +2mS)bestimmt.
Das Verhalten im Übergangsgebiet beschreibt die sogenannte Breit–Rabi–Formel. Sie soll hier
nicht angegeben werden. Als wichtige Regel gilt: Terme mit gleichem |m| kreuzen nicht.
Für Atome mit reiner jj–Kopplung und insbesondere mit intermediärer Kopplung (LS–jj) sind
die Verhältnisse im Magnetfeld kompliziert.
10.4 Dia– und Paramagnetismus, Di– und Parelektrische
Atome, Starkeffekt
Einen ersten Hinweis für die Deutung der dia– und paramagnetischen Erscheinungen lieferte die
durch die Erfahrung gesicherte Tatsache, daß Edelgase ausnahmslos diamagnetisch und Alkalidämpfe
paramagnetisch sind. Das äußerste Elektron in der Hülle eines Alkali–Atoms ist stets
ein s–Elektron mit Bahndrehimpuls l = 0 und dem Spindrehimpuls �s, derbezüglich eines Magnetfeldes
nur die beiden Komponenten sz = ± 1
2� besitzen kann. Auch das damit verbundene
magnetische Moment besitzt in Feldrichtung nach der Tabelle in Kapitel 6.11 nur zwei mögliche
Komponenten:
µ sz = ±µ B .
Diese Komponenten besitzt auch das Atom als Ganzes, wie aus dem Stern–Gerlach–Versuch und
der Aufspaltung der s–Niveaus in einem Magnetfeld hervorgeht.
Deshalb hat der Atomrumpf wegen der abgeschlossenen Edelgaskonfiguration kein magnetisches
Moment und besitzt auch keinen Drehimpuls. Dies wird durch den Stern–Gerlach–Versuch
bestätigt. Diamagnetische Atome haben im Grundzustand J =0(L =0,S = 0) und zeigen für
alle Übergänge zum Grundzustand im Magnetfeld das normale Zeeman-Triplett.
Bei allen Atomen induziert ein äußeres Magnetfeld ein magnetisches Dipolmoment: �µ ind ∼−� B.
Für das einzelne Atom bedeutet das eine Zusatzenergie
W ind ∼ B 2 .