Zeemannıń normal effekti. Kadmiydiń qızıl sızıǵınıń ajıralıwınıń magnit maydanınıń shamasına

 
Eskertiw
: Gauss sistemasında Bor magnetonın jazǵanda ádette 
𝜇
𝐵
=
ħ𝑒
2𝑚
𝑒
𝑐
formulasın jazadı, al xalıq aralıq SI sistemasında bolsa 
𝜇
𝐵
=
ħ𝑒
2𝑚
𝑒
ańlatpasına iye 
bolamız. Gauss sistemasındaǵı Bor magnetonınıń ańlatpasındaǵı 
c
jaqtılıqtıń 
vakuumdaǵı tezligi bolıp tabıladı. 
B sırtqı magnit maydanında magnit momenti 
𝐸 = −𝜇𝐵
(3) 
energiyasına iye boladı. Magnit maydanınıń baǵıtındaǵı múyeshlik momenttiń 
qurawshıları mınaday mánislerge iye boladı: 
𝐽
𝑧
= 𝑀
𝐽
· ħ. 
 
(4) 
Bul formaladaǵı 
𝑀
𝐽
shaması 
𝑀
𝐽
= 𝐽, 𝐽 − 1, … , −𝐽
mánislerin qabıl etedi. 
Usı jaǵdayǵa baylanıslı 
𝐽
múyeshlik momentine iye energiyanıń qáddi magnit 
maydanında 2J+1 dana bir birinen birdey qashıqlıqtaǵı qurawshılarǵa bólinedi. Olar 
bir birinen tek MJ shamasına ǵana parıqlanadı. Qońsılas MJ hám M(J+1) 
qurawshıları arasındaǵı energiyalıq interval
∆𝐸 = −𝜇
𝐵
· 𝐵
 
(5) 
shamasına teń boladı. 
1-súwret. 
Kadmiydegi energiya qáddileriniń magnit 
maydanınıń tásirinde bir neshe qurawshılarǵa 
ajıralıwı. 
Biz Zeemannıń normal effektin kadmiydiń qızıl spektrallıq sızıǵınıń bir neshe 
sızıqlarǵa ajıralıwı boyınsha baqlay alamız (
𝜆
0
= 643,8 𝑛𝑚, 𝑓
0
= 465,7 𝑇𝐻𝑧).
Bul 
sızıq besinshi elektronlıq qabıqtıń elektronınıń
𝐷
2
1
(𝐽 = 2, 𝑆 = 0) → 𝑃
1
1
(𝐽 =

---

1, 𝑆 = 0)
ótiwi menen baylanıslı. 
𝐷
2
1
qáddi magnit maydanında bes qurawshıǵa, al 
𝑃
1
1
qáddi úsh qurawshıǵa ajıraladı. Qurawshılar arasındaǵı qashıqlıq (5)-
formulanıń járdeminde esaplanadı. Bul qurawshılar arasındaǵı optikalıq ótiwler tek 
elektrlik dipollik nurlanıw túrinde júzege keliwi múmkin. Energiyalıq hallar ushın 
magnitlik 
𝑀
𝐽
kvantlıq sanlarına tómendegidey saylap alıw qaǵıydası orın aladı
∆𝑀
𝑗
 
= ±1
(σ qurawshısı ushın) 
(6) 
= 0
(π qurawshısı ushın) 
Demek, biz úsh spektrallıq sızıqtı baqlawımız kerek (1-súwret). π qurawshıları 
ornınan jıljımaydı, al σ qurawshıları jıljıǵan. Dáslepki jiyilikke salıstırǵandaǵı σ 
qurawshılarınıń jiyilikleriniń ózgerisin mına formulanıń járdeminde esaplaymız:
∆𝑓 = ±
∆𝐸
ℎ
.
(7) 
Bul formuladaǵı ∆E (5)-ańlatpanıń járdeminde esaplanadı. 
Zeeman effekti spektroskopiyalıq jollar menen polyarizaciyalanǵan 
qurawshılardı bir birinen ajıratıwǵa múmkinshilik beredi. Biraq ajıralıwdı baqlaw 
ushın júdá joqarı ajırata alıwshılıq qábiletlikke iye spektrallıq apparat kerek boladı. 
Sebebi kadmiydiń qızıl sızıǵınıń eki qurawshısı magnit maydanınıń indukciyası B=1 
T bolǵanda tek 
∆𝑓 = 14 𝐺𝐻𝑧
, yaǵnıy 
∆𝜆 = 0.02
nm shamasına ǵana ajıraladı. 
Eksperimentte Fabri-Pero etalonı paydalanıladı. Bul etalon shiyshe plastinka 
bolıp tabıladı, plastinkanıń eki beti (bul betler plastinkanıń optikalıq kósherine 
perpendikulyar) bir birine qatań túrde parallel hám sol betlerge túsken nurlardıń bir 
bólimin ótkiziwi hám bir bólimin shaǵılıstırıwı ushın puwlandırıw jolı menen 
alyuminiy otırǵızılǵan. 
Optikalıq kósheri menen α múyeshin jasaytuǵın jaqtılıq dástesi etalonnıń betine 
kelip túsedi (2-súwret) hám onıń betinde hár bir shaǵılısıwda jaqtılıqtıń bir bólimi 
sırtqı shıǵadı. Alyuminiydiń otırǵızılıwınıń saldarınan jaqtılıqtıń sırtqa shıǵatuǵın 
bóliminiń intensivligi júdá kishi hám shaǵılısqan nurlar interferenciyaǵa ushıraydı. 
Etalonnıń arǵı tárepinde jaylasqan linzanıń járdeminde nurları obyektivtiń fokallıq 
tegisliginde fokuslanadı. Sol fokallıq tegislikte jaylasqan ekranda belgili bir tolqın 
uzınlıǵı λ ge teń tolqınlardıń koncentrlik interferenciyalıq súwreti payda boladı. 
Saqıynanıń aperturalıq múyeshiniń mánisi Fabri-Pero etalonındaǵı nurlardıń sınıw 
múyeshine teń boladı. α múyeshi menen shıǵatuǵın nurlar bir biri menen 
interferenciyaǵa ushıraydı (bunday jaǵdayda eki qońsılas nurlar ushın kogerentlik 
shárti orınlanadı, 4-súwretke qarańız). Nurlardıń júrisler ayırması Δ ushın mınaday 
ańlatpanı alamız: 
Δ = 2𝑑√𝑛
2
− 𝑠𝑖𝑛
2
𝛼
𝑘
= 𝑘 · 𝜆.
 
Bul ańlatpada d arqalı etalonnıń qalıńlıǵı, n arqalı shiysheniń sınıw kórsetkishi, 
k arqalı interferenciyanıń tártibi belgilengen. 

---

2-súwret. 
Fabri-Pero etalonı interferenciyalıq 
spektrometr sıpatında. α>0 bolǵan jaǵday 
ushın nurdıń traektoriyası kórsetilgen. 
Qońsılas eki nur arasındaǵı optikalıq ayırma 
𝐷 = 𝑛 · 𝐷
1
− 𝐷
2
shamasına teń. 
Tolqın uzınlıǵınıń ózgerisi (dλ) apertura múyeshi bolǵan dα shamasınıń ózgerisi 
sıpatında qaraladı. Obyektivtiń fokuslıq aralıǵına baylanıslı apertura múyeshi R 
radiusına sáykes keledi hám dα múyeshiniń ózgerisi radiustıń dr shamaǵa 
ózgeriwine alıp keledi. Eger spektrallıq sızıq bir neshe qurawshıǵa iye bolsa hám 
olar arasındaǵı qashıqlıq r ge teń bolsa, onda hár bir interferenciyalıq sheńber 
radiallıq qashıqlıǵı r ge teń bolǵan bir neshe qurawshıǵa bólinedi. Sonlıqtan 
interferenciyalıq súwrette spektrdiń dubletlik sızıǵı dubletlik struktura hám 
spektrdiń tripletlik sızıǵı tripletlik struktura bolıp kórinedi.
Eksperimentte kadmiydiń qızıl sızıǵınıń magnit maydanı B dan ǵárezligi 
ólshenedi. Triplettiń qurawshıları arasındaǵı energetikalıq interval [(2)- hám (5)- 
ańlatpalarǵa qarańız] 
𝐸 =
ℎ
4𝜋
·
𝑒
𝑚
𝑒
· 𝐵
(8) 
shamasına teń. Bul formula elektronnıń salıstırmalı zaryadı bolǵan
𝑒
𝑚
𝑒
shamasın 
anıqlaw ushın paydalanıladı. 
Kadmiydiń qızıl spektrallıq sızıǵınıń bir neshe qurawshılarǵa ajıralıwın (Zeeman 
qurawshılarına ajıralıwın) Fabri-Pero interferometriniń járdeminde alınǵan optikalıq 
saqıynalarınıń sisteması súwretlew linzasın paydalanıw jolı menen VideoCom CCD 
áspabınıń járdeminde sáwlelendiriledi (kameranıń linzasısız). 

---

3-súwret. 
Zeeman effektin kóldeneń konfiguraciyada baqlaw ushın arnalǵan eksperimentallıq 
dúzilistiń sxeması. 
kadmiyli lampa bekitiwshi plastinka menen,
xomutlar,
polyusli nakonechnik,
jıynawshı linza, F=150 mm,
e) Fabri-Pero etalonı, 
f) jıynawshı linza, F=150 mm (súwretti payda etetuǵın linza),
g) shtativtegi kesent beretuǵın signallardı óshiretuǵın filtr,
h) Videocom (regulirovkalaw ushın okulyardı paydalanǵan maqul).