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ZEEMAN EFFET

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Effet Zeeman des atomes et ions libres

Généralités

Pour un atome ou un ion libre (dans la suite de l'article, on utilisera le mot « atome » pour désigner l'une ou l'autre entité), la symétrie géométrique de H 0 comporte, notamment, toutes les rotations autour d'axes passant par le noyau atomique O. Il en résulte qu'en champ magnétique nul chaque niveau propre E i possède un moment cinétique total F de module bien défini √F(F + 1), avec F = 0, 1, ... ou avec F = 1/2, 3/2, ... et une dégénérescence d'ordre 2F + 1. On prendra ici h/2 π comme unité de moment cinétique. Les règles de sélection pour les transitions dipolaires électriques ou magnétiques (les plus intenses et les seules considérées ici) sont :

les transitions entre deux niveaux de F = 0 étant interdites.

Si B est non nul, on peut prendre sa direction comme axe des z, convention qui sera conservée dans toute la suite. La symétrie géométrique de H se réduit à C∞ h . Le moment cinétique total des niveaux propres de H n'est plus défini en toute rigueur, mais la composante F z de F suivant l'axe Oz reste bien définie : F z  = M, avec M = 0, ± 1, ... ou avec M = ± 1/2, ± 3/2, ... Les règles de sélection s'écrivent ΔM = 0 ou ± 1 et s'accompagnent de règles de polarisation. Pour les transitions dipolaires électriques (les plus intenses) :

– Une transition ΔM = 0 est dite transition π. Elle est polarisée linéairement, parallèlement à Oz , et n'apparaît donc pas en observation longitudinale, c'est-à-dire dans la direction de B.

– Une transition ΔM = + 1 en absorption (ou ΔM = − 1 en émission) est dite transition σ+. Elle est généralement polarisée elliptiquement et prend des polarisations simples pour deux directions particulières d'observation : pour l'observation transversale (si l'on regarde perpendiculairement à la direction de B), elle est polarisée linéairement, perpendiculairement à Oz  ; en observation longitudinale, elle est polarisée circulairement dans le sens de la rotation du courant électrique qui crée le champ B. L'intensité des composantes σ+ est deux fois plus grande en observation longitudinale qu'en observation transversale.

– Une transition ΔM = − 1 en absorption (ou ΔM = + 1 en émission), est dite transition σ-. Elle présente les mêmes caractéristiques qu'une transition σ+, mis à part une inversion du sens de rotation des vibrations elliptiques ou circulaires.

Dans le cas de transitions dipolaires magnétiques (beaucoup moins intenses que les précédentes), les règles de polarisation sont inchangées en observation longitudinale. En revanche, en observation transversale, ce sont les raies ΔM = 0 qui apparaissent polarisées perpendiculairement à Oz et les raies ΔM = ± 1 parallèlement à Oz .

Négligeant des termes en B2 dont l'effet est très peu important pour les intensités de champ magnétique pratiquement réalisables, le hamiltonien V( B ) d'interaction entre atome et champ d'induction peut se mettre sous la forme −  M  . B, où M est l'opérateur moment magnétique atomique. En détaillant l'expression de M , on obtient :

où β, le magnéton de Bohr, est égal à eh/4πm, d'où β/h = 14,0 GHz ( T-1 et où L z , S z , et I z sont respectivement les composantes suivant Oz des opérateurs L, moment cinétique électronique total, S, moment cinétique total de spin électronique, et I, moment cinétique nucléaire. Les coefficients g S et g I sont sans dimension. le coefficient g S égal est à 2,002 32, valeur déterminée théoriquement par l'électrodynamique quantique et parfaitement confirmée par l'expérience. Le coefficient g I, appelé facteur de Landé nucléaire, dépend[...]

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Jean MARGERIE, « ZEEMAN EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

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Effet Paschen-Back

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Effet Paschen-Back

Effet Paschen-Back des raies 2S1/2 → 2P1/2 2P3/2 d'un atome…

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Dichroïsme circulaire magnétique et effet Faraday

Dichroïsme circulaire magnétique et effet Faraday

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Dichroïsme circulaire magnétique et effet Faraday

Dichroïsme circulaire magnétique et effet Faraday. L'échelle des abscisses est la même pour les…

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Effet Zeeman : exemple hypothétique

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Effet Zeeman : exemple hypothétique

Exemple hypothétique d'effet Zeeman.

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    • Écrit par Sybren R. de GROOT, Leendert G. SUTTORP, Christiaan G. VAN WEERT
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