ZEEMAN EFFET

Théorie quantique

Aussitôt après la découverte de Zeeman, Lorentz en a donné une interprétation dans le cadre de la mécanique et de l'électromagnétisme classiques. La théorie de Lorentz ne rend compte que d'une partie des phénomènes observés (effet Zeeman dit normal, cf. chap. 2, Effet Zeeman linéaire) et elle est complètement abandonnée de nos jours au profit d'une interprétation quantique parfaitement satisfaisante. En fait, les efforts déployés pour expliquer les diverses particularités de l'effet Zeeman ont joué historiquement un rôle important dans l'élaboration de la mécanique quantique actuelle.

Une étude rigoureuse de l'effet Zeeman est pratiquement impossible, sauf pour les systèmes submicroscopiques S les plus simples. Deux considérations servent de guides et permettent d'obtenir des résultats en très bon accord avec l'expérience. D'une part, les champs magnétiques réalisables sont suffisamment faibles pour que leur action puisse se traiter par la méthode des perturbations avec une précision excellente. D'autre part, de nombreuses conclusions générales, indépendantes de l'intensité du champ B, découlent de la symétrie géométrique du problème. Le hamiltonien qui décrit le système submicroscopique S peut s'écrire :

où H₀ décrit S en absence de champ magnétique appliqué et où V_(B) représente l'interaction entre S et le champ magnétique B. Pour B = 0, le hamiltonien H₀ possède souvent une symétrie suffisante pour que :

a) ses états propres aient une dégénérescence essentielle (c'est-à-dire liée à la symétrie) ; c'est le cas des niveaux α et β de la figure ;

b) certaines transitions entre ces états propres soient interdites par des règles de sélection (transition α → γ de la ) ; ces règles de sélection sont d'autant plus strictes que la symétrie géométrique de H₀ est plus élevée.

Un champ magnétique uniforme B possède la symétrie C_∞h, c'est-à-dire celle d'un cylindre de révolution d'axe B en rotation autour de cet axe. Si donc B est différent de zéro, la symétrie du hamiltonie [...]

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