Методика розрахунку величини розщеплення спектральних ліній

Нормальний і аномальний ефекти Зеемана експериментально досліджують, використовуючи спектральні прилади високої роздільної здатності, наприклад, інтерферометр Фабрі—Перо та спектрограф. Такі дослідження дають змогу правильно визначити терм рівня, значення квантового числау', величину множника Ланде.

У цій лабораторній роботі вивчається нормальний поперечний ефект Зеемана.

Спектральна лінія в магнітному полі розщеплюється на три компоненти: дві о-компоненти і я-компоненту. Всі три компоненти лінійно поляризовані. Оскільки величина розщеплення спектральних піній у магнітному полі досить мала, в експерименті використовують принцип схрещених приладів, а саме - інтерферометр Фабрі-Перо і трипризмовин спектрограф ИСП-51.Граничну дисперсійну область інтерферометра Фабрі-Перо (або постійну інтерферометра) визначають за допомогою співвідношення:

в нашому випадку для жовтої лінії неону λ = 0,576 мкм і t=3 mm (t- стала інтерферометра).

Світло, пройшовши інтерферометр, потрапляє на вхід спектрального приладу, у фокальній площині якого отримуємо набір спектральних ліній неону, розрізаних по висоті інтерференційними максимумами різних порядків.

На рис. 6 показано вигляд спектральної лінії при спостереженні її у фокальній площині спектрографа. Нехай A₁, B₁ , A₂ , B₂ , A₃ , B₃ - розташування компонент розщепленої спектральної лінії. Введемо позначення:

Тоді відстань між компонентами A і у частках дисперсійної області інтерферометра можна визначити співвідношення:

Розрахована з цього рів­няння величина розщеплення виражена в частках дисперсій­ної області інтерферометра (безрозмірна величина роз­щеплення). Щоб знайти вели­чину розщеплення спектраль­ної лінії потрібно домножити її на сталу інтерферометра. У зв'язку з тим, що розраховану з цього рівняння величину розщеплення подано в частках дисперсійної області, величи­на розрахованого розщеплен­ня відповідає відстані між двома крайніми о -компонен­тами (я-компонента екранується з допомогою поляризатора). Реальне значення величини розщеплення спектральної лінії в магнітному полі буде вдвічі меншим і дорівнюватиме:

З формули (5) отримуємо:

Враховуючи, що маємо:

Оскільки, , то беремо похідну по λ:

Знаючи, що реальне значення величини розщеплення отримуємо вираз для розрахунку індукції магнітного поля:

Для порівняння, магнітне поле Землі приблизно становить 10 Тл або 1 Гаус. Магнітні поля близько 10 Тл трапляються в середині атомів і важливі в аналізі атомних спектрів. Найсильніше стабільне магнітне поле, яке можна створити нині у лабораторії - близько 45 Тл. Деякі електромагніти можуть створювати поля приблизно 120 Тл на короткий проміжок часу близько однієї мілісекунди. Вважають, що магнітне поле на поверхні нейтронної зорі становить близько 10⁸Тл (у системі СІ 1 Гаус=10¹⁴ Тл).