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F.Moulin

EFFET ZEEMAN

I) Introduction
En 1896, le physicien néerlandais Pieter
Zeeman a découvert que lorsque des atomes sont soumis à un champ magnétique, certaines raies spectrales d'émission sont susceptibles de se diviser en plusieurs composantes décalées en fréquence. Nous nous proposons ici d'observer

expérimentalement

et l'effet de

mesurer

Zeeman

sur o l'émission de la raie rouge à λ = 6438 A

figure1: Pieter Zeeman
Prix Nobel de physique en 1902

caractéristique des atomes de Cadmium.
Le très faible décalage Zeeman induit par un champ magnétique de quelques centaines de mT est o dans notre cas de l'ordre de la fraction d'Angström ( 300 mT donne un décalage de 0,05 A ).
La mesure de ce décalage en longueur d'onde, bien que difficile, est tout à fait possible en utilisant, par exemple, un interféromètre de Fabry-Perot.
II) Bases théoriques
a) Les nombres quantiques
Le spectre discret d'un atome quelconque n'a pu être compris que dans le cadre de la mécanique quantique décrivant des niveaux d’énergie bien définis occupés par les électrons. Un photon de fréquence ν est émis lorsqu'un électron passe d’un niveau d'énergie supérieur E2 à un niveau d'énergie inférieur E1 : ∆E = E 2 − E1 = hν avec h la constante de Planck.
Pour comprendre la quantification des niveaux d'énergie, il est nécessaire d'introduire les nombres quantiques n, l, s et j.
Un premier niveau de quantification concerne les couches électroniques plus ou moins complètes pour lesquelles un nombre quantique principal n est attribué. A l'intérieur d'une couche un électron peut occuper différentes sous-couches ou niveaux d’énergie définis par l’intermédiaire du nombre quantique orbital l associé à la quantification du moment cinétique. L'électron possède aussi un moment cinétique intrinsèque quantifié que l'on appelle le spin s.

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n:

nombre quantique principal caractérisant les différentes couches