MOMENTS MÉCANIQUES ET MAGNÉTIQUES DE L'ÉLECTRON

Moment magnétique orbital d'un électron

Comme on le sait, chaque courant génère un champ magnétique. Par conséquent, un électron dont l’orbitale moment mécanique diffère de zéro, doit également avoir un moment magnétique.

D'après les concepts classiques, le moment cinétique a la forme

où est la vitesse et est le rayon de courbure de la trajectoire.

Le moment magnétique d'un courant fermé d'aire crée un moment magnétique

est l'unité normale au plan, et sont la charge et la masse de l'électron.

En comparant (3.1) et (3.2), on obtient

Le moment magnétique est lié au moment mécanique par un multiplicateur

ce qu'on appelle le rapport magnétomécanique (gyromagnétique) de l'électron.

Pour les projections de moments, nous avons la même connexion

Transition vers mécanique quantique effectué par remplacement équations numériqueséquations d'opérateur

Les formules (3.5) et (3.6) sont valables non seulement pour un électron dans un atome, mais également pour toute particule chargée possédant un moment mécanique.

La valeur propre de l'opérateur est égale à

où est le nombre quantique magnétique (voir section 2.1)

La constante s'appelle le magnéton de Bohr

En unités SI, c'est J/T.

De la même manière, on peut obtenir les valeurs propres du moment magnétique

où est le nombre quantique orbital.

L'enregistrement est souvent utilisé

Où . Le signe moins est parfois omis.

Moments mécaniques et magnétiques intrinsèques d'un électron (spin)

L’électron possède un quatrième degré de liberté, qui est associé à son propre moment mécanique (et donc magnétique) : le spin. La présence de spin découle de l'équation relativiste de Dirac

où est une matrice vectorielle et sont des matrices à quatre lignes.

Étant donné que les quantités sont des matrices à quatre lignes, la fonction d’onde doit avoir quatre composantes, qui peuvent être facilement écrites sous forme de colonne. Nous n'effectuerons pas de solutions (3.12), mais postulerons la présence du spin (moment intrinsèque) de l'électron comme une exigence empirique, sans chercher à en expliquer l'origine.

Arrêtons-nous brièvement sur les faits expérimentaux dont découle l'existence du spin électronique. Une de ces preuves directes réside dans les résultats de l'expérience des physiciens allemands Stern et Gerlach (1922) sur la quantification spatiale. Dans ces expériences, des faisceaux d’atomes neutres traversaient une région dans laquelle un champ magnétique non uniforme était créé (Fig. 3.1). Dans un tel champ, une particule avec un moment magnétique acquiert de l'énergie et une force va agir sur elle

qui peut diviser le faisceau en composants individuels.

Les premières expériences ont examiné des faisceaux d'atomes d'argent. Le faisceau a été passé le long de l’axe et une division le long de l’axe a été observée. La composante principale de la force est égale à

Si les atomes d'argent ne sont pas excités et sont au niveau inférieur, c'est-à-dire dans l'état (), alors le faisceau ne devrait pas se diviser du tout, car le moment magnétique orbital de ces atomes est nul. Pour les atomes excités (), le faisceau devrait se diviser en un nombre impair de composants en fonction du nombre de valeurs possibles du nombre quantique magnétique ().

En fait, le faisceau scindé en deux composantes a été observé. Cela signifie que le moment magnétique qui provoque la division a deux projections dans la direction champ magnétique, et le nombre quantique correspondant prend deux valeurs. Les résultats de l'expérience ont incité les physiciens néerlandais Uhlenbeek et Goudsmit (1925) à émettre une hypothèse sur l'électron a ses propres moments mécaniques et magnétiques associés.

Par analogie avec le nombre orbital, nous introduisons le nombre quantique, qui caractérise le propre moment mécanique de l’électron. Déterminons par le nombre de fractionnements. Ainsi,

Le nombre quantique est appelé nombre quantique de spin et il caractérise le moment cinétique intrinsèque ou de spin (ou simplement « spin »). Le nombre quantique magnétique, qui détermine les projections du moment mécanique de spin et du moment magnétique de spin, a deux significations. Puisque , a , alors aucune autre valeur n'existe et, par conséquent,

Terme rotation dérivé de mot anglais rotation, ce qui signifie tourner.

Le moment cinétique de spin de l'électron et sa projection sont quantifiés selon les règles usuelles :

Comme toujours, lors de la mesure d'une quantité, l'une des deux valeurs possibles est obtenue. Avant la mesure, toute superposition de ceux-ci est possible.

L’existence du spin ne peut s’expliquer par la rotation de l’électron autour de son propre axe. La valeur maximale du couple mécanique peut être obtenue si la masse de l'électron est répartie le long de l'équateur. Ensuite, pour obtenir la grandeur du moment d’ordre vitesse linéaire les points de l'équateur doivent être m/s (m est le rayon classique de l'électron), c'est-à-dire nettement supérieur à la vitesse de la lumière. Ainsi, un traitement non relativiste du spin est impossible.

Revenons aux expériences de Stern et Gerlach. Connaissant l'ampleur de la division (par l'ampleur), nous pouvons calculer l'ampleur de la projection du moment magnétique de spin sur la direction du champ magnétique. Il constitue un magnéton de Bohr.

Nous obtenons la connexion entre et :

Ordre de grandeur

est appelé rapport magnétomécanique de spin et il est le double du rapport magnétomécanique orbital.

La même connexion existe entre les moments magnétiques et mécaniques de spin :

Trouvons maintenant la valeur :

Cependant, il est d’usage de dire que le moment magnétique de spin d’un électron est égal à un magnéton de Bohr. Cette terminologie s'est développée historiquement et est due au fait que lors de la mesure d'un moment magnétique, on mesure généralement sa projection, et elle est précisément égale à 1.

L'électron possède son propre moment cinétique mécanique L s, appelé spin. Le spin est une propriété intégrale d’un électron, au même titre que sa charge et sa masse. Le spin électronique correspond à son propre moment magnétique P s, proportionnel à L s et dirigé dans le sens opposé : P s = g s L s, g s est le rapport gyromagnétique des moments de spin. Projection du moment magnétique propre sur la direction du vecteur B : P sB =eh/2m= B , où h=h/2,  B = magnéton de Bohr. Le moment magnétique total de l'atome p a = la somme vectorielle des moments magnétiques de l'électron entrant dans l'atome : P a =p m +p ms. Expérience de Stern et Gerlach. En mesurant les moments magnétiques, ils ont découvert qu’un faisceau étroit d’atomes d’hydrogène dans un champ magnétique non uniforme se divise en 2 faisceaux. Bien que dans cet état (les atomes étaient dans l'état S), le moment cinétique de l'électron soit 0, ainsi que le moment magnétique de l'atome est 0, donc le champ magnétique n'affecte pas le mouvement de l'atome d'hydrogène, c'est-à-dire c'est-à-dire qu'il ne devrait y avoir aucune division. Cependant, des recherches plus approfondies ont montré que les raies spectrales des atomes d’hydrogène présentent une telle structure même en l’absence de champ magnétique. Par la suite, il a été constaté que cette structure de raies spectrales s'explique par le fait que l'électron possède son propre moment mécanique indestructible, appelé spin.

21. Orbital, spin et moment angulaire et magnétique total de l'électron.

L'électron possède son propre moment cinétique M S, appelé spin. Sa valeur est déterminée selon les lois générales de la mécanique quantique : M S =  h=  h[(1/2)*(3/2)]=(1/2)  h3, M l =  h – moment orbital. La projection peut prendre des valeurs quantiques qui diffèrent les unes des autres de h. M Sz =m S  h, (m s =S), M lz =m l  h. Pour trouver la valeur du moment magnétique intrinsèque, multipliez M s par le rapport  s à M s,  s – moment magnétique intrinsèque :

 s =-eM s /m e c=-(e  h/m e c)=- B 3,  B – Bohr Magnéton.

Le signe (-) car M s et  s sont dirigés vers différents côtés. Le moment électronique est composé de 2 : orbital M l et spin M s. Cette addition s'effectue selon les mêmes lois quantiques par lesquelles s'ajoutent les moments orbitaux des différents électrons : Мj=  h, j est le nombre quantique du moment cinétique total.

22. Un atome dans un champ magnétique externe. Effet Zeeman .

L'effet Zeeman s'appelle le fractionnement niveaux d'énergie lorsque les atomes sont exposés à un champ magnétique. La division de niveau conduit à la division des raies spectrales en plusieurs composantes. La division des raies spectrales lorsque les atomes émetteurs sont exposés à un champ magnétique est également appelée effet Zeeman. La division Zeeman des niveaux s'explique par le fait qu'un atome ayant un moment magnétique  j acquiert de l'énergie supplémentaire E=- jB B dans un champ magnétique,  jB est la projection du moment magnétique sur la direction du champ.  jB =- B gm j , E= B gm j , ( j =0, 1,…, J). Le niveau d'énergie est divisé en sous-niveaux et l'ampleur de la division dépend des nombres quantiques L, S, J d'un niveau donné.

Moments mécaniques et magnétiques intrinsèques (spin)

JUSTIFICATION DE L’EXISTENCE DU SPIN. L'équation de Schrödinger permet de calculer le spectre énergétique de l'hydrogène et d'atomes plus complexes. Cependant, la détermination expérimentale des niveaux d’énergie atomique a montré qu’il n’existe pas de concordance complète entre la théorie et l’expérience. Des mesures précises ont révélé la structure fine des niveaux. Tous les niveaux, à l’exception du principal, sont divisés en plusieurs sous-niveaux très proches. En particulier, le premier niveau excité de l'atome d'hydrogène ( n= 2) divisé en deux sous-niveaux avec une différence d'énergie de seulement 4,5 10 -5 eV. Pour les atomes lourds, l’ampleur de la division fine est bien plus grande que pour les atomes légers.

Il a été possible d'expliquer cet écart entre la théorie et l'expérience en utilisant l'hypothèse (Uhlenbeck, Goudsmit, 1925) que l'électron possède un autre degré de liberté interne : le spin. Selon cette hypothèse, l'électron et la plupart des autres particules élémentaires Outre le moment cinétique orbital, ils possèdent également leur propre moment cinétique mécanique. Ce moment intrinsèque est appelé spin.

La présence de spin sur une microparticule signifie qu’elle ressemble à certains égards à une petite toupie. Cependant, cette analogie est purement formelle, puisque les lois quantiques modifient considérablement les propriétés du moment cinétique. Selon la théorie quantique, une microparticule ponctuelle peut avoir son propre moment. Une propriété quantique importante et non triviale du spin est qu’il est le seul à pouvoir définir une orientation privilégiée dans une particule.

La présence d'un moment mécanique intrinsèque dans les particules chargées électriquement conduit à l'apparition de leur propre moment magnétique (spin), dirigé, selon le signe de la charge, parallèle (charge positive) ou antiparallèle (charge négative) au vecteur spin. Une particule neutre, par exemple un neutron, peut également avoir son propre moment magnétique.

L'existence d'un spin dans un électron a été indiquée par les expériences de Stern et Gerlach (1922) en observant la division d'un faisceau étroit d'atomes d'argent sous l'influence d'un champ magnétique inhomogène (dans un champ homogène, le moment ne change que d'orientation ; ce n'est que dans un champ inhomogène qu'il se déplace en translation soit le long du champ, soit contre lui (selon la direction par rapport au champ). Les atomes d'argent non excités sont dans un état s symétrique sphérique, c'est-à-dire avec un moment orbital égal à zéro. Le moment magnétique du système, associé au mouvement orbital de l'électron (comme dans la théorie classique), est directement proportionnel au moment mécanique. Si ce dernier est nul, alors le moment magnétique doit également être nul. Cela signifie que le champ magnétique externe ne devrait pas affecter le mouvement des atomes d’argent à l’état fondamental. L'expérience montre qu'une telle influence existe.

Expérimentalement, un faisceau d'atomes d'argent a été divisé, métaux alcalins et de l'hydrogène, mais Toujours seulement observé deux paquets, également dévié dans des directions opposées et situé symétriquement par rapport au faisceau en l'absence de champ magnétique. Cela ne peut s'expliquer que par le fait que le moment magnétique de l'électron de valence en présence d'un champ peut prendre deux valeurs, identiques en amplitude et opposées en signe.

Les résultats expérimentaux conduisent à la conclusion que que la division dans un champ magnétique d'un faisceau d'atomes du premier groupe Tableau périodique, évidemment dans l'état s, en deux composantes s'explique par deux états possibles du moment magnétique de spin de l'électron de valence. L'amplitude de la projection du moment magnétique sur la direction du champ magnétique (c'est elle qui détermine l'effet de déviation), trouvée à partir des expériences de Stern et Gerlach, s'est avérée être égale à ce qu'on appelle Magnéton de Bohr

La structure fine des niveaux d’énergie des atomes possédant un électron de valence s’explique comme suit par la présence de spin dans l’électron. En atomes (hors s-états) dus au mouvement orbital existent courants électriques, dont le champ magnétique affecte le moment magnétique de spin (ce qu'on appelle l'interaction spin-orbite). Le moment magnétique d’un électron peut être orienté soit le long du champ, soit contre le champ. Les états avec des orientations de spin différentes diffèrent légèrement en énergie, ce qui conduit à la division de chaque niveau en deux. Les atomes ayant plusieurs électrons dans la couche externe auront une structure fine plus complexe. Ainsi, dans l'hélium, qui possède deux électrons, il existe des raies simples (singlets) dans le cas de spins électroniques antiparallèles (le spin total est nul - parahélium) et des raies triples (triplets) dans le cas de spins parallèles (le spin total est nul). h- orthohélium), qui correspondent à trois projections possibles sur la direction du champ magnétique des courants orbitaux du spin total de deux électrons (+h, 0, -h).

Ainsi, un certain nombre de faits ont conduit à la nécessité d’attribuer aux électrons un nouveau degré de liberté interne. Pour description complèteétats, ainsi que trois coordonnées ou tout autre triplet de quantités qui composent l'ensemble de la mécanique quantique, il est également nécessaire de préciser la valeur de la projection du spin sur la direction choisie (le module de spin n'a pas besoin d'être précisé, car comme l'expérience montre, cela ne change en aucun cas pour aucune particule).

La projection de spin, comme la projection de moment orbital, peut changer d'un multiple de h. Puisque seules deux orientations de spin électronique ont été observées, Uhlenbeck et Goudsmit ont supposé que la projection du spin électronique S z pour n’importe quelle direction peut prendre deux valeurs : S z = ±h/2.

En 1928, Dirac a obtenu une équation quantique relativiste pour l’électron, d’où découlent l’existence et le spin de l’électron. h/2 sans aucune hypothèse particulière.

Le proton et le neutron ont le même spin 1/2 que l'électron. Le spin du photon est égal à 1. Mais comme la masse du photon est nulle, alors deux, et non trois, de ses projections +1 et -1 sont possibles. Ces deux projections dans l'électrodynamique de Maxwell correspondent à deux polarisations circulaires possibles onde électromagnétique dans le sens horaire et antihoraire par rapport à la direction de propagation.

PROPRIÉTÉS DE L'IMPULSION TOTALE. Le moment orbital M et le moment de spin S sont des quantités qui ne prennent que des valeurs quantiques discrètes. Considérons maintenant le moment cinétique total, qui est la somme vectorielle des moments mentionnés.

On définit l'opérateur du moment cinétique total comme la somme des opérateurs et

Les opérateurs font la navette, puisque l'opérateur agit sur les coordonnées, mais l'opérateur n'agit pas sur elles. On peut montrer que

c'est-à-dire que les projections du moment cinétique total ne commutent pas entre elles de la même manière que les projections du moment orbital. L'opérateur fait la navette avec n'importe quelle projection, ce qui signifie que l'opérateur et l'opérateur de n'importe quelle (sauf une) projection correspondent grandeurs physiques et liés au nombre de mesures mesurables simultanément. L'opérateur fait également la navette avec les opérateurs et.

Nous avons déterminé l'état de l'électron dans le champ de force centrale par trois nombres quantiques : n, l, m. Niveaux quantiques E nétaient généralement déterminés par deux nombres quantiques n, l. Dans ce cas, le spin électronique n’a pas été pris en compte. Si l’on prend également en compte le spin, alors chaque état s’avère essentiellement double, puisque deux orientations de spin sont possibles S z = hum s ; m s = ±1/2. Ainsi, un quatrième s’ajoute aux trois nombres quantiques m s, c'est-à-dire que la fonction d'onde prenant en compte le spin doit être notée.

Pour chaque terme E n,l nous avons (2 je+ 1) états différant par l'orientation du moment orbital (nombre m), dont chacun se décompose à son tour en deux états qui diffèrent par leur spin. Il y a donc 2(2 je+ 1) -fold dégénérescence.

Si l'on prend maintenant en compte la faible interaction du spin avec le champ magnétique des courants orbitaux, alors l'énergie de l'état dépendra également de l'orientation du spin par rapport au moment orbital. Le changement d'énergie au cours d'une telle interaction est faible par rapport à la différence d'énergie entre les niveaux avec des niveaux différents. n,l et donc les nouvelles lignes qui apparaissent sont proches les unes des autres.

Ainsi, la différence des orientations du moment de spin par rapport au champ magnétique interne de l'atome peut expliquer l'origine de la multiplicité des raies spectrales. De ce qui précède, il s'ensuit que pour les atomes avec un électron optique, seuls les doublets (lignes doubles) sont possibles en raison des deux orientations du spin électronique. Cette conclusion est confirmée par les données expérimentales. Passons maintenant à la numérotation des niveaux atomiques en tenant compte de la structure multiplet. En prenant en compte l'interaction spin-orbite, ni le moment orbital ni le moment de spin n'ont de valeur spécifique dans un état avec une énergie spécifique (les opérateurs ne font pas la navette avec l'opérateur). Selon la mécanique classique, on aurait la précession des vecteurs et autour du vecteur couple total, comme le montre la Fig. 20. Le moment total reste constant. Poste similaire se produit également en mécanique quantique. En prenant en compte l'interaction de spin, seul le moment total a une certaine valeur dans un état avec une énergie donnée (l'opérateur fait la navette avec l'opérateur). Par conséquent, lors de la prise en compte de l’interaction spin-orbite, l’état doit être classé en fonction de la valeur du moment total. Le moment total est quantifié selon les mêmes règles que le moment orbital. A savoir, si nous introduisons le nombre quantique j, qui fixe le moment J., Que

Et la projection dans une certaine direction est 0 z a le sens J. z = hum j, dans lequel j= l + je s (je s= S), si le spin est parallèle au moment orbital, et j= | je - je s| s’ils sont antiparallèles. D'une manière similaire m j = m + m s (m s= ±1/2). Puisque l,m sont des entiers, et je s , je m- des moitiés, alors

j = 1/2, 3/2, 5/2, … ; m j= ±1/2, ±3/2, … , ± j.

Selon l'orientation du spin, l'énergie du terme sera différente, à savoir ce sera pour j = je+ ½ et j = |je-S|. Par conséquent, dans ce cas, les niveaux d’énergie doivent être caractérisés nombres n,l et le nombre j, qui détermine le moment total, c'est-à-dire E = E nlj.

Les fonctions d'onde dépendront de la variable de spin S z et seront différentes pour différents j : .

Niveaux quantiques à un moment donné je, de sens différent j, sont proches les uns des autres (ils diffèrent par l’énergie d’interaction spin-orbite). Quatre des nombres n, l, j, m j peut prendre les valeurs suivantes :

n= 1, 2, 3,…; je= 0, 1, 2,…, n- 1; j = l + l s ou | ll s |; je s= ±1/2 ;

-j ? m j ? j.

La valeur du moment orbital l est désignée en spectroscopie par les lettres s, p, d, f, etc. Le nombre quantique principal est placé devant la lettre. Le numéro est indiqué en bas à droite j. Ainsi, par exemple, le niveau (therm) avec n= 3, l = 1, j= 3/2 est désigné par 3 R. 3/2. La figure 21 montre un diagramme des niveaux d'un atome de type hydrogène prenant en compte la structure multiplet. Lignes 5890 ? et 5896 ? formulaire

fameux doublet de sodium : lignes jaunes D2 et D1. 2 s-terme est loin de 2 R.-termes, comme il se doit dans les atomes de type hydrogène ( je-dégénérescence supprimée).

Chacun des niveaux considérés E nl appartient à (2 j+ 1) états différents en nombre m j, c'est-à-dire l'orientation du moment total J dans l'espace. Ce n'est que lorsqu'un champ externe est appliqué que ces niveaux de fusion peuvent se séparer. En l’absence d’un tel champ on a (2 j+ 1)-fold dégénérescence. Donc terme 2 s 1/2 a une dégénérescence 2 : deux états qui diffèrent par l'orientation du spin. Terme 2 R. 3/2 a une quadruple dégénérescence selon les orientations du moment J., m j= ±1/2, ±3/2.

EFFET ZEEMAN. P. Zeeman, étudiant le spectre d'émission de vapeur de sodium placée dans un champ magnétique externe, a découvert la division des raies spectrales en plusieurs composantes. Par la suite, sur la base des concepts de la mécanique quantique, ce phénomène a été expliqué par la division des niveaux d'énergie atomique dans un champ magnétique.

Les électrons dans un atome ne peuvent être que dans certains états discrets, lorsqu'ils changent, un quantum de lumière est émis ou absorbé. L'énergie du niveau atomique dépend du moment orbital total, caractérisé par le nombre quantique orbital L, et le spin total de ses électrons, caractérisé par le nombre quantique de spin S. Nombre L ne peut accepter que des entiers et un nombre S- entiers et demi-entiers (en unités h). Dans la direction qu'ils peuvent prendre en conséquence (2 L+ 1) et (2 S+ 1) positions dans l'espace. Par conséquent, le niveau de données L Et S dégénéré : il est constitué de (2 L+ 1)(2S +1) sous-niveaux dont les énergies (si l'interaction spin-orbite n'est pas prise en compte) coïncident.

L'interaction spin-orbite conduit cependant au fait que l'énergie des niveaux ne dépend pas seulement des quantités L Et S, mais aussi de position relative vecteurs de moment orbital et de spin. L’énergie s’avère donc dépendre du couple total M = M L + M S, déterminé par le nombre quantique J., et le niveau avec le donné L Et S se divise en plusieurs sous-niveaux (formant un multiplet) avec différents J.. Cette division est appelée structure de niveaux fins. Grâce à la structure fine, les raies spectrales sont également divisées. Par exemple, D-la ligne de sodium correspond à la transition du niveau L = 1 , S= ½ par niveau c L = 0, S= S. Le premier d'entre eux (niveaux) est un doublet correspondant aux valeurs possibles J.= 3/2 et J.= Ѕ ( J. =L + S; S= ±1/2), et le second n'a pas une structure fine. C'est pourquoi D-ligne se compose de deux lignes très proches avec des longueurs d'onde de 5896 ? et 5890 ?.

Chaque niveau du multiplet reste encore dégénéré du fait de la possibilité d'orientation du moment mécanique total dans l'espace selon (2 j+ 1) indications. Dans un champ magnétique, cette dégénérescence est supprimée. Le moment magnétique d'un atome interagit avec le champ et l'énergie de cette interaction dépend de la direction. Par conséquent, selon la direction, l'atome acquiert une énergie supplémentaire différente dans le champ magnétique, et Zeeman divise le niveau en (2 j+ 1) sous-niveaux.

Distinguer l'effet Zeeman normal (simple) lorsque chaque ligne est divisée en trois composants et l'effet anormal (complexe) lorsque chaque ligne est divisée en plus de trois composants.

Pour comprendre les principes généraux de l’effet Zeeman, considérons atome le plus simple- atome d'hydrogène. Si un atome d'hydrogène est placé dans un champ magnétique externe uniforme avec induction DANS, alors en raison de l'interaction du moment magnétique R. m avec un champ extérieur, l'atome acquerra une valeur supplémentaire en fonction des modules et de l'orientation mutuelle DANS Et pménergie

UB= -pmB = -pmBB,

Où pmB- projection du moment magnétique de l'électron sur la direction du champ.

Étant donné que R. Mo = - euh je /(2m)(nombre quantique magnétique m je= 0, ±1, ±2, …, ±l), on obtient

Magnéton de Bohr.

Énergie totale d'un atome d'hydrogène dans un champ magnétique

où le premier terme est l’énergie de l’interaction coulombienne entre un électron et un proton.

De la dernière formule, il résulte qu'en l'absence de champ magnétique (B = 0), le niveau d'énergie n'est déterminé que par le premier terme. Quand est B ? 0, vous devez prendre en compte divers valeurs valides ml. Depuis pour donné n Et je le nombre m l peut prendre 2 je+ 1 valeurs possibles, puis le niveau initial se divisera en 2 je+ 1 sous-niveaux.

En figue. 22a montre les transitions possibles dans l'atome d'hydrogène entre les états R.(je= 1) et s (je= 0). Dans un champ magnétique, l'état p se divise en trois sous-niveaux (à l = 1 m = 0, ±1), à partir desquels des transitions vers le niveau s peuvent se produire, et chaque transition est caractérisée par sa propre fréquence : Par conséquent, un triplet apparaît dans le spectre (effet Zeeman normal). A noter que lors des transitions les règles de sélection des nombres quantiques sont respectées :

En figue. La figure 22b montre la répartition des niveaux d'énergie et des raies spectrales pour la transition entre les états d(je= 2) et p(je= 1). État d dans un champ magnétique

est divisé en cinq sous-niveaux, l'état p en trois. En tenant compte des règles de transition, seules les transitions indiquées sur la figure sont possibles. Comme on peut le constater, un triplet apparaît dans le spectre (effet Zeeman normal).

L'effet Zeeman normal est observé si les lignes originales n'ont pas une structure fine (ce sont des singulets). Si les niveaux initiaux ont une structure fine, alors plus grand nombre composant et un effet Zeeman anormal est observé.