Ein sehr interessanter Versuch, der im Fortgeschrittenenpraktikum durchgeführt wird, ist der “Zeeman-Effekt”. Dieser Effekt wurde vor mehr als 100 Jahren von dem Physiker P. Zeeman beobachtet. Werden Atome angeregt (also zum leuchten gebracht), emittieren sie beim Übergang vom angeregten Zustand in den Grundzustand Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge. Mithilfe eines Spektroskops lassen sich diskrete Spektrallinien beobachten, die elementspezifisch sind.
Findet die Anregung in einem genügend starken Magnetfeld statt, beobachtet man plötzlich eine “Aufspaltung” der Spektrallinien in Dubletts oder Tripletts. Dies ist der Zeeman-Effekt. Der “normale” Zeeman-Effekt konnte zunächst im Einklang mit der klassischen Elektrodynamik (Elektron im Magnetfeld als schwingender Dipol) erklärt werden, allerdings wurde auch ein “anomaler” Zeeman-Effekt (Multiplettaufspaltung) beobachtet, der nur mithilfe der Quantenmechanik erklärt werden konnte. Heute weiss man, dass der “normale” Zeeman-Effekt ein Spezialfall des “anomalen” Zeeman-Effekts ist 🙂
Der Versuchsaufbau zum Zeeman-Effekt ist in der obigen Abbildung dargestellt. Der Elektromagnet erzeugt eine maximale magnetische Flussdichte von ca. B = 0,9 Tesla bei einem Strom von I = 8,06 A, welche für die Aufspaltung der Spektrallinien von Cadmium vollkommen ausreicht. Eine kleine Animation für die jeweiligen Stromstärken (und damit auch magnet. Flussdichten) ist in der unteren Abbildung dargestellt. Diese Messung wurde allerdings in der transversalen Anordnung (der Elektromagnet wird um 90° gedreht) durchgeführt.
Neugierig, warum das so ist? Falls ihr eine Abendlektüre in Form eines Protokolls braucht, könnt ihr Euch das hier herunterladen.