Zeeman effekti. Zeeman effekti — magnit maydon taʼsirida atomlar spektrlarining ajralishi hodisasi. Bu effekt paydo boʻlishini quyidagicha tushuntirish mumkin: formula_1 magnit momentiga ega boʻlgan elektron, formula_2 magnit maydoni taʼsirida qoʻshimcha energiyaga ega boʻladi: :formula_3. Ushbu ortiqcha energiya hisobiga atomlar asosiy holatdan magnit kvant soni formula_4 ning qiymatiga koʻra uygʻongan holatga oʻtadi. Natijada spektral chiziqlarning ajralishi roʻy beradi. Tarixi. Magnit maydoni taʼsirida atomlarning spektral chiziqlari boʻlinishi mumkinligini birinchi boʻlib Maykl Faradey aytgan. Lekin unda kuchli magnit boʻlmagani tufayli bu hodisani tajribada kuzata olmagan. Bu effektni birinchi marta 1896-yilda Piter Zeeman kadmiyning ingichka yashil-havorang spektral chiziqlarida kuzatgan. Oʻz tajribasida u 10000—15000 Gauss kuchlanishli magnit maydondan foydalangan. Ushbu kuchli magnit maydon taʼsirida spektral chiziqlarning tripletga ajralishini kuzatgan. Zeeman gʻoya muallifi sifatida Faradeyni tan olgan. 1897-yil 31-oktabrda bu tajribalar haqida Xendrik Lorentz eshitib qoladi. U ertasigayoq Zeeman bilan uchrashadi va unga oʻzining fikrlarini aytadi. U klassik elektron nazariya boʻyicha ushbu hodisani tushuntirib beradi. Lekin oradan biroz vaqt oʻtib boshqa koʻplab moddalarning kuchli magnit maydonida spektrlarining ajralishi ancha murakkab xarakterga ega ekanligi aniqlandi. Bu effektlarni klassik nazariya bilan tushuntirishning iloji yoʻq edi. Faqatgina kvant fizikasi doirasida spin tushunchasining rivojlanishi bilan tushuntirish mumkin boʻldi. Zeeman effektni ochgani uchun, Lorentz esa tushuntirib bergani uchun 1902-yilda Nobel mukofoti bilan taqdirlangan. Klassik fizika boʻyicha tushuntirish. Zeeman effektini klassik tasavvurlar boʻyicha tushuntirish Xendrik Lorentzga nasib qilgan. Ushbu nazariyaga koʻra, atom xuddi klassik garmonik ossilyator sifatida qaraladi. U holda atomning formula_2 magnit maydonidagi harakat tenglamasini quyidagicha yozish mumkin: bu yerda formula_7 — elektronning yadro atrofida aylanish harakat tezligi, formula_8 — elektron massasi, formula_9 — elektron-dipol oʻtishining rezonans chastotasi. Tenglamadagi oxirgi had Lorentz kuchini ifodalaydi. Quyidagicha kattalik kiritamiz: Bu kattalikni Larmor chastotasi deb ataladi. Larmor pressessiyasi va chastotasi. Larmor pressesiyasi — bu elektron, yadro yoki atomlar magnit momentlarining tashqi magnit maydoni atrofidagi pressessiyasidir. Magnit dipol momenti formula_11 ga qoʻyilgan magnit maydoni formula_12 quyidagiga teng boʻlgan kuch momentini hosil qiladi: bu yerda formula_14 belgi bilan vektor koʻpaytma belgilangan, formula_15 — harakat miqdori momenti va formula_16 — giromagnit nisbat (magnit momenti va harakat miqdori momenti orasidagi proporsionallik koeffitsiyenti). Z oʻqi boʻylab yoʻnalgan statik magnit maydon formula_17 taʼsirida harakat miqdori momenti formula_15 z oʻqi boʻylab pressession harakat qiladi. Bunda uning burchak tezligi quyidagiga teng boʻladi: Bu chastota Larmor chastotasi deb ataladi. Yuqorida aytib oʻtilgan fikrlar faqatgina toʻliq harakat miqdori momenti formula_15 gagina tegishli boʻlib qolmay, balki elektronning spin momenti formula_21, orbital impuls momenti formula_22, yadroning spin momenti formula_23 va atomning toʻliq impuls momenti formula_24 lar uchun ham taalluqlidir. Giromagnit nisbat — impuls momentlari orasidagi eng asosiy farq. Biroq quyidagi formula orqali ularni umumlashtirish mumkin: bu yerda formula_26 — g-faktor, formula_27 — Bor magnetoni, formula_28 — Plank doimiysi. Elektron uchun giromagnit nisbatning qiymati 2,8 MHz/Gauss ga teng. Larmor chastotasi magnit maydon induksiyasi va giromagnit nisbat formula_16 ga quyidagicha bogʻlangan: Bu formulada magnit maydoning zarra turgan nuqtadagi qiymati hisobga olinadi. Protonning 1 Tl magnit maydonidagi larmor chastotasining qiymati 42 MHz ga teng (yaʼni radiotoʻlqinlar diapazonida) boʻladi. Harakat tenglamasining yechimi. (1)-tenglamaning yechimi koʻrsatishicha, dipol momentining rezonans chastotasi tashqi magnit maydoni taʼsirida uchta komponentaga ajraladi: formula_31. Bu triplet Lorentz yoki oddiy Zeeman tripleti deb ataladi. Shunday qilib, tashqi magnit maydoni taʼsirida elektron yadro atrofida oddiy aylanma harakat qilmasdan, balki Z oʻq atrofida murakkab aylanma harakat qiladi. Atomning elektron buluti bu oʻq atrofida Larmor chastotasi formula_32 bilan pressession harakat qiladi. Ushbu sodda tushuntirish orqali tajribalarda kuzatiladigan atomar parlarning qutblanishi oʻzgarishini tushuntirib berish mumkin. Bunda qutblanish vektorining oʻzgarishi kuzatish yoʻnalishiga bogʻliq holda oʻzgaradi. Agar Z oʻqi yoʻnalishi boʻylab kuzatilsa, formula_9 chastotada hech qanday atom fluoressensiyasi kuzatilmaydi. Chunki bu yoʻnalishda atom dipoli magnit maydon yoʻnalishi boʻylab yoʻnalgan. formula_31 chastotalarda chap va oʻng qutblanishlar paydo boʻladi. Ularniformula_35 va formula_36 qutblanishlar deb ataladi. Agar X va Y oʻqlari boʻylab kuzatilsa, uchala chastota (formula_37 va formula_31) boʻyicha chiziqli qutblanishni koʻrish mumkin. Afsuski klassik fizika orqali faqatgina oddiy (yoki normal) Zeeman effektini tushuntirib berish mumkin xolos. Murakkab (anomal) Zeeman effektini klassik fizika doirasida tushuntirishning imkoni yoʻq. Kvant tasavvurlar. Magnit maydonidagi atomning toʻliq gamiltoniani quyidagiga teng: bu yerda formula_40 — gʻalayonlanmagan atomning gamiltoniani, formula_41 — tashqi magnit maydoni tomonidan hosil qilingan gʻalayonlanish: bu yerda formula_11 — atomning magnit momenti. Atomning magnit momenti elektron va yadro momentlaridan tashkil topgan. Yadro magnit momenti elektron magnit momentidan bir necha tartibga kichik boʻlgani uchun tashlab yuborish mumkin. U holda, Elektronning magnit momenti operatori orbital formula_45 va spin formula_21 momentlarining yigʻindisiga teng. Bunda har bir moment alohida alohida giromagnit nisbatga koʻpaytiriladi: bu yerda formula_48 va formula_49. formula_50 ni anomal giromagnit nisbat deb ataladi. Uning qiymati 2 dan biroz ortiqligi kvant-elektrodinamik effektlar tufayli paydo boʻladi. L-S bog'lanishda toʻliq magnit momentini hisoblash uchun barcha elektronlarning magnit momentlari qoʻshiladi: bu yeda, formula_22 va formula_21 — atomning toʻliq orbital va spin momentlari. Normal Zeeman effekti. Normal Zeeman effekti deganda, spektral chiziqlarning uchta chiziqqa ajralishi tushuniladi. Normal Zeeman effektini klassik fizika tushunchalari orqali tushuntirib berish mumkin. Agar oʻzaro taʼsir potensiali formula_41 kichik boʻlsa (yaʼni formula_55 boʻlsa), normal Zeeman effekti kuzatiladi. Bu quyidagi oʻtishlarda amalga oshishi mumkin: Normal Zeeman effektida sathlarga ajralish faqatgina orbital va spin magnit momentlariga bogʻliq. Normal Zeeman effekti, asosan, He singletlarida va ishqoriy yer elementlarida kuzatiladi. Shuningdek, Zn, Cd, Hg larning spektrida ham kuzatilishi mumkin. formula_63 va formula_35 qutblanishlar mos holda magnit momenti proyeksiyasining formula_65 va formula_66 ga oʻzgarishi natijasida yuzaga keladi. Anomal Zeeman effekti. Spektral chiziqlari singlet boʻlmagan barcha atomlar uchun ost sathlarga ajralish, normal parchalanish formula_67 soniga proporsional ravishda boʻladi. Anomal effektda parchalanish kattaligi formula_68 kvant sonlariga murakkab tarzda bogʻlangan. Yuqorida taʼkidlab oʻtganimizdek, elektronning magnit maydonida olgan qoʻshimcha energiyasi formula_41 — g-faktor(Lande ko'paytuvchisi deb ham ataladi) ga bogʻliq va quyidagicha ifodalanadi: bu yerda formula_71 — atomning orbital momenti, formula_72 — spin momenti va formula_73- toʻliq momenti. Ushbu hadni birinchi boʻlib Lande kiritgan. Shunga qaramasdan, Lande Zeemanning ishini davom ettirgani uchun, u magnit maydonda olgan spektr anomal Zeeman effekti deb ataladi. Zeeman tajribasi formula_74 uchun amalga oshirilgan. Boshqacha aytganda, bunda formula_75 boʻladi va Lande koʻpaytuvchisi formulada koʻrinmaydi. Shunday qilib, aynigan energetik sath formula_76 ta ost sathlarga ajraladi(bu yerda formula_73 — magnit kvant sonining maksimal qiymati). Amaliyotda qoʻllanishi. Zeeman effekti absorbsion spektroskopiyada qoʻllanadi. Bu metod biologik namunalarni analiz qilishda juda efektiv hisoblanadi. Magnit maydon taʼsirida spektral chiziqlar uchta chiziqqa ajraladi. Ularni formula_63 va formula_79 komponentlar deb ataladi. formula_63 komponentaning joylashuvi dastlabki (parchalanishdan oldingi) toʻlqin uzunligi chizigʻi formula_81 bilan mos keladi. Ikkita formula_79-komponentlar esa unga simmetrik ravishda katta va qisqaa toʻlqin uzunliklari sohasida joylashadi. Bunda formula_63 va formula_79 komponentlar turlicha qutblanishga ega boʻladi. Yaʼni, formula_63 — magnit maydon vektoriga parallel, formula_79 komponent esa magnit maydoniga perpendikulyar yoʻnalishda qutblanadi. Qutblangan svetofiltr orqali nurlar dastasini oʻtkazganimizda bu ikki komponentlar ajraladi. Maxsus oʻlchashlarni bajarib, ularning qiymatini aniqlash mumkin. Atom-absorbsion analizning ustunlik jihatlaridan biri — bu uning yuqori darajadagi selektivligidir. Lekin shunga qaramay, yutilish spektrlarini aniqlashda bir qator qiyinchiliklar bor. Bulardan biri, rezonans chiziqlarining mos kelib qolishidir. Bunda rezonans chizigʻi aynan qaysi elementga tegishli ekanligini aniqlash juda qiyin boʻlib qoladi. Masalan: Bundan tashqari Zeeman effekti astrofizikada kosmik obyektlarning magnit maydonini aniqlash maqsadida foydalaniladi. Buning uchun spektral chiziqlarning bir nechta nuqtalarida qutblanish parametrlarini aniqlash kerak boʻladi. Undan keyin magnit maydonida spektral chiziqlarning hosil boʻlish nazariyasidan foydalaniladi. Kuchli magnit maydonlarda atomda markaziy simmetriya buziladi. Natijada atom yoki ionning shakli choʻzilib, sterjen koʻrinishiga kelib qoladi. Bu holat neytron yulduzlar sirtida kuzatiladi.