CIENCIA         El efecto Zeeman

 

A Vanessa

El "efecto Zeeman" es el desdoblandomiento de las rayas espectrales debido a la presencia de un fuerte campo magnetico,Zeeman fue un estudiante de la universidad de Leiden en 1890,seis anos despues por proposicion de Lorentz,investigo el efecto de un campo magnetico sobre una fuente de luz y encontro que cada linea del espectro de la luz emitida se partia en varias lineas y este efecto lleva su nombre. A raiz de la aparicion de la teoria electromagnetica de Maxwell, se fue abriendo camino una nueva representacion de la Naturaleza: la representacion electromagnetica, especialmente desde la aparicion de los trabajos de Hertz en 1887-88, en los que con sus experimentos, demostraban la existencia de la radiacion electromagnetica. Los trabajos de H. A. Lorentz culminaron con la aparicion de la teoria electrodinamica de los cuerpos en movimiento, en 1892, no hicieron sino acrecento el numero de seguidores de la representacion electromagnetica de la Naturaleza en detrimento de la representacion mecanicista.

En el efecto Zeeman, un campo magnetico actua sobre la emision de luz por parte de un atomo, este, en ausencia de todo campo magnetico, emite determinados colores o frecuencias, irradia un espectro mas complicado al colocarlo en un campo magnetico. Cada una de las lineas espectrales, o cada una de las frecuencias individuales irradiadas por ese atomo, se divide en dos, tres o aun mas. La division es, comunmente, muy debil y su observacion exige de aparatos mas sensibles; pero existe y para explicarla hace falta la teoria cuantica.

 

LA TEORIA CUANTICA

 

La teoria cuantica de la radiacion nos exige abandonar algunos otros prejuicios. En los dias de la fisica clasica, se pensaba que un e!ectron que se desplaza en una orbita irradia continuamente luz de una frecuencia correspondiente a ese movimiento alrededor del nucleo. La teoria cuantica niega esta idea sosteniendo, en cambio, que un electron puede moverse en un atomo sin emitir radiacion alguna. Los electrones en las orbitas estables correspondientes a estas frecuencias tienen distintos multiplos del 'cuanto' elemental de momento angular. En cada uno de esos estados, el atomo posee distinta cantidad de energia.  El estado de energia minima --aquel en el cual el electron se mueve con su velocidad menor-- es el estado estable: en el la irradiacion es totalmente imposible. Los atomos no expuestos a colisiones demasiado violentas se encuentran generalmente en este estado de energia minima o estado basico. Pero si los atomos sufren un bombardeo violento, sea por choques en un gas a muy alta temperatura, come sucede en el Sol, o porque se los coloca en un tubo en el que se ha hecho el vacio, y en cuyo interior un haz de electrones acelerados por campos electricos producen choques energicos con los atomos, estos pueden excitarse hasta llegar a uno de los estados superiores de energia. En tales estados de mayor energia o excitados, los atomos tampoco irradian; pero al pasar a los estados inferiores o de menor energia, se desprenden de un exceso de esta, emitiendola en forma de radiacion. Otro postulado de la teoria cuantica establece que el color o la frecuencia particular de la luz irradiada por un atomo, depende solo de la cantidad total de energia que emite durante un salto cuantico de un estado de excitacion a otro con menor contenido energetico.  Cuanto mayor sea el salto, mas azul sera la luz o mas alta la frecuencia; a la inversa, cuanto menor sea el salto, tanto mas tendera la luz al rojo o las frecuencias inferiores del espectro.

 

EL EFECTO  

 

Podemos, ahora, referirnos a la teoria cuantica y al efecto de un campo magnetico sobre la luz

 emitida por un atomo.  Sabemos que para hacer girar un pequeno iman en un campo magnetico, se necesita realizar cierto trabajo(gastar cierta energia). Una aguja imantada tiende a colocarse paralela al campo. Si tratamos de hacerla girar, debemos empujarla y aumentar su energia en una cantidad que depende de cuanto la hagamos girar. Empero, como segun la teoria cuantica las orientaciones de los imanes magneticos son limitadas (por ejemplo, en su estado de energia minima el atomo de hidrogeno puede tener solo dos), cabe esperar que el campo magnetico divida el estado de energia minima en dos, correspondientes a la energia del atomo cuando su imantacion es paralela o antiparalela al campo.  Como el campo magnetico escinde los niveles energeticos, las frecuencias irradiadas por los saltos a estos niveles y desde ellos, se multiplicaran en cantidad; de aqui el efecto Zeeman.

 Foto tomada por Zeeman,en la parte superior aparece la linea sin ser afectada por el campo magnetico y en la inferior la division de la misma por efecto del mismo.

 

Eduardo Ghershman. 3.03.2001.