Paschen-Back-Effekt

Aufspaltungen der Wasserstoffniveaus unter Einfluss eines Magnetfeldes.

Der Paschen-Back-Effekt (nach Friedrich Paschen und Ernst Back, die ihn 1921 entdeckten) beschreibt die Entkopplung von Spin- und Bahndrehimpulsen beim Anlegen eines starken magnetischen Feldes $\mathit{B}$. Ein Spektrum mit anomalem Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin $\mathit{S}>0$) geht somit über in die Form eines Spektrums mit normalem Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin $\mathit{S}=0$).

In schwachen magnetischen Feldern werden aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung zunächst die Spindrehimpulse ${\mathit{s}}_{\mathrm{i}}$ zu einem Gesamtspin $\mathit{S}$ addiert und die Bahndrehimpulse ${\mathit{l}}_i$ zu einem Gesamtbahndrehimpuls $\mathit{L}$:

$\mathrm{\Sigma }{\mathit{s}}_{\mathrm{i}}=\mathit{S}$

$\mathrm{\Sigma }{\mathit{l}}_{\mathrm{i}}=\mathit{L}.$

Der Gesamtspin $\mathit{S}$ und der Gesamtbahndrehimpuls $\mathit{L}$ koppeln dann zu einem Gesamtdrehimpuls $\mathit{J}$, der um die Achse des angelegten Feldes präzediert:

$\mathit{J}=\mathit{S}+\mathit{L}.$

Die Auswahlregel

$\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{s}}=\pm 1$ ($m_{\mathrm{s}}$: magnetische Quantenzahl des Spins)

$\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{J}}=0$ ($m_{\mathrm{J}}$: magnetische Quantenzahl des Gesamtdrehimpulses)

bestimmt dann die Form des Spektrums des anomalen Zeeman-Effekts.

Bei starken Magnetfeldern ($B$ > 1 T) kann nun die Kopplung der magnetischen Momente an das angelegte Feld stärker sein als die Spin-Bahn-Kopplung, so dass der Gesamtspin $\mathit{S}$ und der Gesamtbahndrehimpuls $\mathit{L}$ nicht mehr zu $\mathit{J}$ koppeln, sondern unabhängig voneinander um die Achse des angelegten Magnetfeldes präzedieren.