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Der Matroseneffekt, wie er bei der Natrium-D-Linie auftritt.^[1]

Es Matroseneffekt ist das physikalische Phänomen, das Spektrallinien von a Atom das von a aufgeregter ZustandLicht Sendungen werden in Anwesenheit eines starken Magnetfeld. Das äußere Magnetfeld bewirkt die beiden möglichen Spinzustände von dem Elektron in der Energie wird sich unterscheiden: mit dem äußeren Feld oder dagegen. Dies ist einer der Beweise für die Existenz der Quantisierung in den Elektronenbahnen um das Atom und damit einer der Hinweise auf die Richtigkeit der Quantenmechanik.

Das elektrische Gegenstück zum Matroseneffekt ist der starker Effekt, die Aufspaltung der Spektrallinien von Atomen und Molekülen in einem elektrischen Feld.

Entdeckung und Bedeutung

Im 19. Jahrhundert wurde der Einfluss von Magnetfeldern auf das Licht erforscht, um wechselseitige Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Naturgewalten zu entdecken. Michael Faraday hatte 1862 entdeckt, dass das Licht einer Kerzenflamme durch Magnetfelder polarisiert wird.

Der Leidener Physiker Pieter Zeeman war im Jahr 1896 als Fortsetzung seiner Doktorarbeit über die Kerr-Effekt, begann eine Studie über die Wirkung von Magnetfeldern auf Licht. Im Labor von Heike Kamerlingh Onnes im Führen hatte er zwischen den Poolschuhe von einem mächtigen Elektromagnet eine Vorbereitung Tisch salz (NaCl) und dann so erhitzt, dass es in der charakteristischen gelben Farbe von glühte Natrium. Beim Einschalten des Elektromagneten beobachtete er, dass sich die stark gelbe Spektrallinie des Natriumlichts unter dem Einfluss des Magnetfelds weitete.

Normaler Matroseneffekt

Nachdem Zeeman Kamerlingh Onnes die Wirkung gezeigt hatte, gab dieser in einer Sitzung der Königlich Niederländische Akademie der Wissenschaften.^[2] Nicht lange danach wusste Hendrik Lorentz erklären das Phänomen mit seiner elektromagnetischen Theorie. Er deutete an, dass die von Zeeman beobachtete Verbreiterung tatsächlich eine Aufspaltung in zwei oder drei separate Spektrallinien war. Laut Lorentz wurde das Licht der Spektrallinien durch „leichte Ionen“ verursacht, geladene Teilchen, die in Atomen kreisen. Beyogen auf Maxwell-Gleichungen er hatte (theoretisch) die Bewegungen von Teilchen in einem Magnetfeld bestimmt. Mit seiner Theorie konnte er nicht nur den Zeeman-Effekt vorhersagen, sondern auch das Verhältnis zwischen Ladung und Masse dieser „leichten Ionen“ bestimmen.

Dass Zeeman nur eine Verbreiterung und keine Spaltung beobachtete, lag laut Lorentz an der begrenzten Auflösung der Rowland-Gitter die Zeeman benutzt hatte. Erst als Zeeman seine Experimente mit Cadmium statt Natrium beobachtete er die von Lorentz vorhergesagte Aufspaltung der Spektrallinien. Dank des Matroseneffekts konnte die Struktur des Atoms bestimmt werden. 1897 entdeckte der britische Physiker Joseph John Thomson es Elektron, dessen Masse-Ladungs-Verhältnis dem von Lorentz' "leichtem Ion" entsprach. Das von Lorentz entwickelte Teilchen erwies sich als Thomsons Elektron, von dem Niels Bohr bewies später, dass es in (quantisierten) Bahnen um den Atomkern kreist.

Anomaler Seemannseffekt

Die Theorie von Lorentz konnte nur eine dreifache Aufspaltung erklären, die als normaler Seemannseffekt bezeichnet wird. Bei weiteren Untersuchungen entdeckten mehrere Physiker, dass sich die Spektrallinien in einigen Materialien in mehr als drei Linien aufspalten. Dieses Phänomen wurde als anomaler Seemannseffekt bezeichnet. Ursprünglich wurde der anomale Sailor-Effekt von Bohr und anderen Physikern einem „Rest“-Spindrehimpuls des Atomkerns zugeschrieben. In einem grundlegenden Artikel Wolfgang Paulic diese Aussage. Stattdessen führte er eine neue, vierte Quantenzahl für das Elektron ein, bei der keine zwei Elektronen im gleichen Quantenzustand existieren können. Diese Aussage bildete die Grundlage seiner pauli banAuch als Ausschlussprinzip bekannt.

Erst nachdem Bohrs Atommodell mit dem Konzept der Elektronenspin, eingeführt 1923 von Samuel Goudsmit und Georg Uhlenbeck, konnte der anomale Seemannseffekt erklärt werden, der die doppelte Anzahl von Leinen aufwies. Neben einer elementaren elektrischen Ladung besitzt das Elektron auch ein elementares magnetisches Moment, das mit dem Quantenzahlspin zusammenhängt.

Bei sehr starken Magnetfeldern vereinigen sich bestimmte Spektrallinien, sodass wieder das Bild des normalen Matroseneffekts entsteht. Dieser Übergang wird Ostern-Rückeneffekt erwähnt.

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