ZEEMAN EFFET
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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 :

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 ;
Effet Zeeman : exemple hypothétique
Exemple hypothétique d'effet Zeeman.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
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
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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Écrit par :
- Jean MARGERIE : professeur à l'université de Caen
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Dans le chapitre « La structure fine. Le couplage spin-orbite » : […] L'approximation du champ central est trop grossière pour rendre compte avec précision des spectres expérimentaux. Il existe d'autres interactions qui déplacent et scindent les niveaux d'énergie déterminés dans l'approximation du champ central. Ici ne seront abordées que les plus importantes. En premier lieu, si toutes les couches de l'atome ne sont pas complètes, il existe un terme de correction […] Lire la suite
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Dans le chapitre « L'effet Zeeman » : […] En 1896, un événement allait brusquement donner à Lorentz une renommée mondiale. En cette année, à l'université de Leyde, où il était professeur depuis 1878, le physicien Pieter Zeeman découvrait qu'une des raies spectrales émises par le sodium était séparée en trois si la source de sodium se trouvait dans un champ magnétique. Ce phénomène, appelé effet Zeeman, allait jouer un rôle capital en phy […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions
Dans le chapitre « Le spin de l'électron » : […] Avant que l'expérience de Davisson et Germer ne vînt prouver la réalité de la diffraction de l'électron, une autre propriété allait lui être attribuée : un moment angulaire intrinsèque appelé spin, qui signifie ici tourner sur soi-même. La découverte du spin trouve sa source une fois encore dans l'étude des spectres d'émission des atomes, et même dans l'étude de l'effet Zeeman. Dès 1898, grâce à […] Lire la suite
POMPAGE OPTIQUE
Dans le chapitre « Applications » : […] La méthode de pompage optique qui permet de changer les répartitions de population entre les états Zeeman ou entre les états de structure hyperfine d'un atome en phase vapeur fait l'objet de nombreuses applications. Toute cause qui produit une modification du degré d'orientation est susceptible d'être étudiée. Il devient ainsi possible de faire, dans les différents cas, une étude détaillée des pro […] Lire la suite
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SPECTROSCOPIE
Dans le chapitre « Spectroscopie atomique » : […] Les spectres des atomes ont pu être compris dans le cadre de la physique atomique qui, se fondant sur la mécanique quantique, décrit les niveaux d'énergie occupés par les électrons du cortège électronique. Une raie d'émission correspond à la transition d'un électron d'un niveau vers un autre niveau de moindre énergie, l'énergie excédentaire étant évacuée par le photon émis sous forme d'énergie él […] Lire la suite
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ZEEMAN PIETER (1865-1943)
Né le 25 mai 1865 dans le petit village de Zonnemaire, sur l’île de Schouwen, en Zélande (Pays-Bas), Pieter Zeeman était le fils d’un pasteur protestant. Ses études à l’université de Leyde le firent côtoyer Heike Kamerlingh Onnes (Prix Nobel en 1913) et Hendrik Antoon Lorentz avec qui il partagera le prix Nobel en 1902. Après son doctorat en 1893, il passa six mois à Strasbourg, puis retourna à Le […] Lire la suite
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Pour citer l’article
Jean MARGERIE, « ZEEMAN EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-zeeman/