تأثير زيمان: الفرق بين النسختين

'''تأثير زيمان''' هو ظاهرة إنشقاق خطوط [[طيف|الطيف]] لمصدر تحت تأثير [[حقل مغناطيسي|مجال مغناطيسي]] ثابت إلى عدة خطوط؛اي ان تأثير زيمتن يشق خطوط الطيف إلى خطوط متوازية عندما يوضع مصدر الضوء في مجال مغناطيسي شديد . وهو تاثير يرجع إلى العالم الهولندي [[بيتر زيمن|بيتر زيمان]] الذي اكتشف هذه الظاهرة في عام 1896م . وهذا التأثير مشابه لتأثير آخر يسمى [[تأثير شتارك]] وهو انشقاق خطوط الطيف إلي عدة خطوط في حالة تعرض مصدر الضوء إلى [[حقل كهربائي|مجال كهربائي]].

 

ويستخدم تأثير زيمان في تطبيقات عديدة في [[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي|مطياف الرنين المغناطيسي]]، ومطياف رنين الدوران المغزلي للإلكترون، وفي [[التصوير بالرنين المغناطيسي]] (MRI). وكثيرا ما يستخدم تأثير زيمان للتعيين الدقيق [[طيف امتصاصي|للأطياف الامتصاصية]] للعناصر . وفي حالة قياس خطوط الطيف الامتصاصي، يسمى بتأثير زيمان العكسي.

 

 

=== مقدمة ===

 

توجد في الذرات توزيعات مختلفة [[إلكترون|للإلكترونات]] لها طاقة محددة ؛ تلك التوزيعات تشغل [[مستوى طاقة|مستويات للطاقة]] مختلفة. في الحالة المستقرة للذرة (الذرة غير مثارة) تشغل الإلكترونات [[حالة قاعية|مستويات قاعية]] ground state في الذرة تتميز بقلة طاقتها . وعند إثارة الذرة مثلا بواسطة الحرارة لإغن بعض الإلكترونات تترك حالها القاعية وترتفع إلى [[مستوى طاقة]] أعلى. لذلك تظهر بعد ذلك عدة قفزات للإلكترونات من مدارات أعلى للطاقة إلى مدار أقل طاقة ، تظهر متمثلة في خطوط في [[الطيف|طيفها]]. وفي وجود [[مجال مغناطيسي]] خارجي تنشق تلك الخطوط ، حيث يتأثر كل إلكترون في الذرة بالمجال المغناطيسي الخارجي بطريقة مختلفة بحسب ، هل عزمه المغناطيسي موازيا للمجال المغناطيسي الخارجي أم أنه معكوس الاتجاه . هذا يعتمد على [[عدد الكم المغزلي]] له . فالأعداد المغزلية المختلفة تُعبر عن حالات طاقة مختلفة . وعل الرغم من أنها فروقاً طفيفة في الطاقة، إلا أنها تؤدي إلى انقسام في خط الطيف ً تحت تأثير المجال المغناطيسي، فبدلا من ان يظهر انتقال إلكترون بين مستويين معينين للطاقة في هيئة خط واحد في الطيف ، فهو ينشق إلى خطين أو ثلاثة خطوط .

 

وطبقا للرسم التوضيحي، تتسم مستويات الطاقة للإلكترونات a, b, c بأن لها نفس الطاقة في غياب مجال مغناطيسي خارجي. كما ينطبق هذا أيضا علي مستويات الطاقة d, e, f التي توجد في حالة طاقة محددة منخفضة عن حالة a, b, c. وفي وجود المجال المغناطيسي تنشق مستويات الطاقة، وينتج عن ذلك أنه بينما كان يظهر لنا الإنتقال من a, b, c إلى d, e, f في خط واحد، يصبح لدينا عدة خطوط بسبب وجود عدد من الإنتقالات الممكنة بين a, b, c إلى المستويات d, e, f.

== مثال : الانتقال الخاص بخط لايمان-ألفا في الهيدروجين ==

 

 

:<math>2P_{1/2} \to 1S_{1/2}</math> و

<math>2P_{3/2} </math> . وبالتالي يوجد إنتقالين للإلكترون من أعلى إلى أسفل إلى المستوي <math> 1S_{1/2}</math> لكي تصل الذرة لحالة الاستقرار ، أي تصدر الذرة خلال الانتقالين خطي الطيف :<math>2P_{1/2} \to 1S_{1/2}</math> و

<math>2P_{3/2} \to 1S_{1/2}</math> كما هو مبين في الشكل (يسار).

 

أما في حالة وجود مجال مغناطيسي خارجي فتنشق كل من الحالتين الكموميتين 1S_1/2 و 2P_1/2 إلى مستويين اثنين وهما: <math>m_j = 1/2, -1/2</math> ، حيث <math>m_j </math> عدد الكم المغناطيسي (وهو يحتوي في الحالة S على الدوران المغزلى للإلكترون فقط) ؛ وفي نفس الوقت تنشق الحالة 2P_3/2 إلى أربعة مستويات للطاقة (أزرق) ، وهي :

 

 

 

وكما نرى يتشابك عزم المدار الذي يبلغ 1 مع العزم المغزلي الذي يبلغ 1/2 ، وتنتج من احتمالات التباديل والتوافيق بينهم الأربعة مستويات المبينة بالشكل (أزرق) ، مع الاخذ في الاعتبار الاتجاهات الكمومية إلى أعلى وإلى أسفل.

 

 

 

ونلاحظ هنا :

* أنه ليست جميع انتقالات الإلكترون من المستويات العليا إلى المستويات السفلى مسموح بها. فهناك انتقالات مسموحة ،وأخرى غير مسموحة، وتوجد قاعدة تتحكم في تصرف الإلكترون في هذا المجال.

 

==في الرصد الفلكي==

 

[[ملف:Sunzeeman1919.png|thumb|left|زيادة اتساع خط الامتصاص في طيف الشمس (الخط الرأسي) بالقرب من بقعة شمسية (يشتد فيها المجال المغناطيسي ، يسار). وهو مبين مضخما لزيادة التوضيح ( يمين).]]

 

 

المجال المغناطيسي على الشمس ;''B'' يبلغ 0,1&nbsp;[[تسلا]] يتسبب في انشقال خطوط الطيف :