磁気モーメント
原子の磁気モーメントについて調べるためには、原子全体の全角運動量を求めなければならない。これを求めるためには、原子中に存在する全ての電子のスピン角運動量と軌道角運動量について各々の和をとり、角運動量の合成を用いて計算すればよい。このとき、原子の磁気モーメントの絶対値は
m Atom = g J μ B J ( J + 1 ) {\displaystyle m_{\text{Atom}}=g_{J}\mu _{B}{\sqrt {J(J+1)}}}
と表せる。ここで、Jは全角運動量、gJはランデのg因子、μBはボーア磁子である。このとき、磁場の方向(z軸方向)に沿った磁気モーメントの成分は
m Atom ( z ) = − m g J μ B {\displaystyle m_{\text{Atom}}(z)=-mg_{J}\mu _{B}}
と表される。この表記に現れた負符号は、電子が負の電荷を持つことに由来する。m は磁気量子数と呼ばれ、以下の 2J + 1 個の値のうちのいずれかをとる。
− J , − ( J − 1 ) , ... , 0 , ... , + ( J − 1 ) , + J . {\displaystyle -J,-(J-1),\dots ,0,\dots ,+(J-1),+J.}
原子の磁気モーメントは磁場中でゼーマン効果を引き起こす。