Effetto Zeeman

Effetto Zeeman Fenomeno fisico che consiste nella separazione di un singolo livello energetico di un atomo in livelli energetici distinti, quando l’atomo viene sottoposto all’azione di un campo magnetico esterno. L’effetto fu scoperto nel 1896 dal fisico olandese Pieter Zeeman, nell’ambito dei suoi studi sugli spettri atomici.

Zeeman osservò che lo spettro di emissione di atomi sottoposti all’azione di un campo magnetico esterno presenta delle irregolarità: in luogo di una singola riga, ne compaiono tre, di cui quella centrale nella posizione nota e le altre due affiancate in posizione simmetrica rispetto alla prima. Lo scienziato olandese spiegò il fenomeno in termini classici, insieme a Hendrik Antoon Lorentz, con cui condivise il Premio Nobel per la Fisica nel 1902.

Mentre l’effetto Zeeman normale può essere spiegato in termini classici, quello anomalo non trova spiegazione che alla luce della teoria quantistica e delle proprietà magnetiche degli elettroni che, come è noto, possiedono un momento magnetico intrinseco, chiamato spin.

L’effetto Zeeman anomalo consiste essenzialmente nella comparsa di più righe spettrali (e non soltanto di due), in luogo della riga singola.

Ogni riga dello spettro di un atomo deriva dall’emissione di energia che accompagna la transizione di un elettrone atomico da un livello energetico superiore a uno inferiore. La frequenza della radiazione emessa nella transizione è direttamente proporzionale alla differenza di energia tra i due stati o livelli coinvolti. In presenza di un campo magnetico esterno, i livelli energetici disponibili all’elettrone si moltiplicano, perché il suo spin si può orientare in modi diversi: a ciascuno di questi modi è associata un’energia leggermente diversa, vale a dire, uno stato energetico differente dell’elettrone. Sullo spettro di emissione dell’atomo, tutto ciò corrisponde, appunto, alla comparsa di più righe spettrali in luogo di una sola.

Il fenomeno viene sfruttato come criterio di misura dell’intensità dei campi magnetici: se il campo applicato è inferiore a un certo valore, infatti, la separazione tra le righe spettrali è direttamente proporzionale all’intensità del campo.