ЗЕЕМАНА ЯВЛЕНИЕщенная к фиолетовому концу, поляризована по левому кругу, а линия, соответствующая увеличенной длине волны, поляризована по правому кругу, если смотреть навстречу магнитному полю (рис. 2). Необходимость описанного эффекта следует из электронной теории вещества, развитой Г. А. Лоренцом. Лоренц же, оказавший исключительное влияние на развитие этих опытов, дал, исходя из электронных представлений, полную теорию явления, вполне объясняющую все его особенности.
Теория Лоренца объясняет испускание света периодическими движениями электронов в атоме, причем частота (длина волны) испускаемого света и характер его поляризации обусловливаются частотой периодического движения электрона и формой пути, по которому движется электрон:гармоническое колебание вдоль прямой линии с частотой v раз в секунду ведет к испусканию прямолинейно поляризованного монохроматического света частоты v; круговое движение электрона обусловливает свет, поляризованный по кругу, и т. д. При свечении газа в обычных условиях движения электронов во всех атомах происходят с одной и той же частотой по всем возможным направлениям: светящийся газ испускает определенную монохроматическую неполяризованную линию. Если же светящийся газ помещен в магнитное поле, то под влиянием поля характер движения электронов меняется. Исследуя возникающее сложное движение, Лоренц показал, что оно должно привести к испусканию света измененной длины волны и определенным образом поляризованного, причем ожидаемое изменение во всех деталях согласуется с наблюдающимся. Изменение первоначальной частоты, по Лоренцу, равняется Av = ± • Н, где Н — напряженность магнитного поля, а — отношение величины заряда к массе для тех электрических частиц, движением которых в атоме обусловливается испускание света. Краййе важно, что сравнение полученной формулы с опытными данными Зеемана позволило определить знак заряда и величину отношения . Оказалось, что электроны, входящие, по предположению Лоренца, в состав атома и играющие основную роль во всех оптических проявлениях атома, по обеим этим характеристикам (знак и величина совпадают с зарядами, представляющими катодные лучи, т. е. представляют собой отрицательные заряды, для к-рых 1, 77 • 107 абс. электромагнитных единиц. Таким образом явление Зеемана дало важнейшее доказательство основ электронной теории Лоренца и как таковое имело фундаментальное значение в укреплении и развитии этой теории, установив, что внутри атома играют роль те же самые электроны, которые были наблюдены и в других явлениях.
Электрон в атоме находится под действием квази-упругой силы, т. е. силы, величина которой пропорциональна уклонению электрона от положения равновесия.
Слагающие этой Силы по осям ос, у, z выражаются -/-ос; -fy; -/•£, т. е. уравнения движения электрона суть: d2oc, d*y J d*z
=
=
m-dT2-=-f-Z
и их решения: x = a1cos(2Trvt +? j); у = a2cos(2nvt +9>2); z = = a3cos (nvt +фз), где au at, a3 — амплитуды, а q>Lt <p2, ? 3 — начальные фазы,I/ — 2л т т частота колебания, определяемая параметрами движения (сила и масса). Наложение магнитного поля В, направленного вдоль оси z, воздействует на электрон, движущийся со скоростью v, с силой F= - [и — Я], где е — абсолютное значение заряда электрона (выраженное в электромагнитных единицах), а знак — в выражении F указывает на отрицальный заряд электрона.
Новые уравнения движения электрона будут: d2 x, „ dy d%y,,
задаваемые начальными условиями задачи, a
тйр=-'-"+
m
/-z.
+ еЛ^;
Последнее уравнение даст решение z = a3 cos (2nvt + + g>3), т. e. показывает, что движение вдоль оси z происходит с неизменной частотой. Следовательно, перпендикулярно к оси z будет наблюдаться неизмененная» линия.
Два первых уравнения дают частные решения:
х = о2 cos (2^vxt + Фх); х = a2 cos (2nvzt = ?>2) И
у = Oi sin (2Trv1t +g>i); у =a2sin(2jrp2t 4 — p2), т. e. движение по кругу вправо с частотой и по кругу влево с частотой v2, если смотреть навстречу полю.
Частоты V! и v2 определяются из условий:
1 2лц ri 1 = v2’> 2 ~ 2лр 2 = ₽а* m «В Так как для всех практических случаев — мало сравнительно с » (исключение составляют опыты П. Л. Капицы, с огромными магнитными полями напряженностыо в 300.000 гауссов и более), то
, еВ
еВ
= р — - — ; г2 = v + - —, 4л/л 4лр т. е. движение по правому кругу совершается с частотой, меньшей первоначальной, а движение ио левому кругу с частотой, большей первоначальной на
4л
у,
Однако скоро выяснилось, что в указанном простом виде (нормальный триплет или дуплет) 3. я. наблюдается только для атомов водорода и для нек-рых простых (сингулетных> линий других элементов (Не, Zn, Cd, Mg, Hg).
Для огромного большинства других линий, несингулетных, а мультиплетных, т. е. таких, которые в обычных условиях (без воздействия? внешнего поля) представляются состоящими ив: двух или более компонент, Зеемана явление приобретает сложный или аномальный характерС экспериментальной стороны дело сводится к тому, что каждая из компонент, составляющая; указанную мультиплетную линию, расщепляется не на нормальный триплет, а на более сложную систему, состоящую нередко из десятка компонент, расположенных симметрично относительно первоначальной линии. При этом оказывается, что (при поперечном наблюдении> часть линии поляризована, как л-компоненты, часть как ст-компоненты, так что общая интенсивность всех тг-компонент равняется общей’ интенсивности всех ст-компонент и составляет половину интенсивности первоначальной линии..
Таким образом если все компоненты будут смешаны (например при наблюдении без спектрального прибора), то суммарный свет окажется неполяризованным и будет иметь интенсивность исходной линии.
Характер аномального расщепления для разных линий весьма различен, но он определяется вполне однозначно типом линии, т. е. принадлежностью к определенной спектральной серии. Поэтому характер расщепления линий может служить для распознавания типа линии — обстоятельство, значительно облегчившеераспределение спектральных линий по сериям..
Рис. 3 показывает несколько типов аномально-
