Física

El efecto Zeeman que ayuda a medir el campo magnético del sol

El efecto Zeeman que ayuda a medir el campo magnético del sol


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A fines del siglo XIX, un científico llamado Pieter Zeeman estaba quemando sodio en su laboratorio cuando hizo un descubrimiento que se propagaría a través del campo electromagnético durante el resto de la historia.

Mientras quemaba sodio en un mechero Bunsen, Zeeman observaba las brillantes líneas D que emite este elemento, esencialmente solo el espectro de rayos de luz, similares a los que provienen del sol. Decidió someter el sodio ardiente a un campo magnético y observó que las líneas se ensanchaban y cambiaban.

Zeeman había descubierto que la luz puede verse afectada por fuerzas electromagnéticas. Esto pasaría a conocerse como el efecto Zeeman. Para comprender las contribuciones de Pieter Zeeman al campo de la física y comprender qué es exactamente el efecto Zeeman, profundicemos en más detalles.

¿Qué es el efecto Zeeman?

El efecto Zeeman, explicado simplemente, es la división de una línea espectral por la influencia de un campo magnético. Las líneas espectrales en la quema de sodio, como el experimento original realizado por Zeeman, estaban un poco por debajo de los 600 nm. En este caso de uso, las líneas se dividirían debido a la sujeción a un campo magnético estático produciendo una línea más y menos energética además de la original.

Lo que está causando exactamente esta interacción es que el campo magnético estático ejerce un par de torsión en las partículas cuánticas en la luz, lo que impacta el momento angular de estas partículas.

Entendiendo esto en un nivel aún más técnico, el orbital p, un término utilizado para describir los lugares probables en que se puede encontrar un electrón en un momento dado, tiene tres estados cuánticos potenciales en los que puede degenerar sin ninguna pérdida de energía. Sin embargo, como señalamos antes, someter las líneas de luz a un campo magnético estático produce tres niveles de energía diferentes, bajo, original y alto.

Cada estado cuántico del orbital p también tiene un dipolo magnético asociado, por lo que cuando el campo magnético entra en contacto con los estados cuánticos, los separa en tres niveles de energía diferentes.

Uno de los estados eleva la energía de la línea, uno reduce la energía y el otro permanece en la misma energía. A medida que estos estados cuánticos se separan y cambian energías, crean tres líneas espectrales diferentes de energía ligeramente diferente.

¿Todavía no sigues realmente? Bueno, resumiendo lo que acabo de decir, eso se conoce como el caso más simple del efecto Zeeman, también conocido como el efecto Zeeman normal.

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Volviendo a la realidad por un segundo, podemos entender que el efecto Zeeman es la división de ondas de luz en diferentes energías basadas en las fuerzas de un campo magnético estático. Entonces, ¿cómo es esto útil?

Es útil en áreas donde necesitamos medir la intensidad del campo magnético.

El efecto Zeeman correlaciona las longitudes de onda de las ondas de luz con la fuerza del campo magnético que las provocó. Esto significa que con algunas matemáticas no tan simples, los científicos pueden calcular y determinar el tamaño del campo magnético original que causó el efecto Zeeman en primer lugar.

Las líneas espectrales de la lámpara de vapor de mercurio a una longitud de onda de 546,1 nm, muestran un efecto Zeeman anómalo en la imagen de abajo.
A. Sin campo magnético
B. Con un campo magnético, las líneas espectrales se dividen como efecto Zeeman transversal
C. Con un campo magnético, dividido como efecto Zeeman longitudinal

Esto es particularmente útil para observar y monitorear el campo magnético del sol y otros cuerpos de plasma. Esto también entra en juego en diferentes formas de espectroscopia e incluso se utiliza en resonancias magnéticas. También existe la posibilidad de que las aves aprovechen el efecto Zeeman para obtener un control más cercano de los campos magnéticos cambiantes.

Ahora que he hecho todo lo posible para explicar el efecto Zeeman y sus usos, retrocedamos hasta su descubrimiento y veamos qué provocó este principio científico.

¿Cómo se descubrió el efecto Zeeman?

En el siglo XIX, los científicos comenzaron a descifrar el código y las conexiones entre la electricidad, la luz y el magnetismo. Uno de los principales científicos que trabajaban en esto en ese momento era un hombre llamado Hendrik Lorentz. Lorentz continuaría desempeñando un papel crucial en el descubrimiento del efecto Zeeman, pero también derivó notablemente las ecuaciones de transformación de la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Lorentz había descubierto que las sustancias emiten y absorben luz en diferentes longitudes de onda fijas. En esencia, cada sustancia existente tiene un espectro de luz característico diferente que emite.

En 1986, Pieter Zeeman estaba estudiando cómo los campos magnéticos impactaban la luz. en uno de sus experimentos con la quema de sodio como fuente de luz, notó que las líneas en el espectro de luz se habían dividido en varias líneas después de someterlo a un campo magnético.

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Zeeman fue el experimentador en este caso, por lo que fue el primero en observar y notar el efecto. Lorentz era el mentor de Zeeman en ese momento y, mientras trabajaban juntos, se dieron cuenta de que los cambios en las líneas de la luz podían explicarse por la teoría electrónica que Lorentz había formulado.

En lugar de intentar explicar la teoría de los electrones yo mismo, y probablemente estropearla, dejaré que Lorentz lo explique él mismo en su discurso de aceptación del Premio Nobel pronunciado en 1902.

"Cuando el profesor Zeeman hizo su descubrimiento, la teoría del electrón estaba completo en sus principales características y en condiciones de interpretar el nuevo fenómeno. Un hombre que ha poblado el mundo entero con electrones y los ha hecho covibrar con la luz no tendrá escrúpulos en suponer que también son los electrones los que vibran dentro de las partículas de una sustancia incandescente y provocan la emisión de luz. Un electrón oscilante constituye, por así decirlo, un diminuto vibrador hertziano; su efecto sobre el éter circundante es muy similar al efecto que tenemos cuando agarramos el extremo de una cuerda estirada y establecemos las ondas de movimiento familiares en la cuerda moviéndola de un lado a otro. En cuanto a la fuerza que causa un cambio en las vibraciones en un campo magnético, esta es básicamente la fuerza, cuyas manifestaciones fueron observadas por primera vez por Oersted, cuando descubrió el efecto de una corriente en la aguja de una brújula ".

Si aún no lo ha comprendido, Lorentz y Zeeman ganaron el Premio Nobel de Física en 1902 por el descubrimiento de la Teoría Zeeman.

En la actualidad, el efecto Zeeman continúa ayudando a los físicos a determinar el nivel de energía en los átomos y determinar su momento angular. Es una excelente manera de estudiar la resonancia magnética nuclear y de otro tipo. Finalmente, se usa para medir los campos magnéticos de las estrellas.

Si bien es probable que todos estos campos sean demasiado complejos para que los comprendamos por completo, podemos admitir que el efecto Zeeman cambió para siempre nuestra comprensión de la interacción luz magnética.


Ver el vídeo: Científicos explican inocuidad de campos electromagnéticos en la salud (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Cuthbert

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