Paschen-Back-Effekt

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 $ {\boldsymbol {B}} $. Ein Spektrum mit anomalem Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin $ {\boldsymbol {S}}>0 $) geht somit über in die Form eines Spektrums mit normalem Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin $ {\boldsymbol {S}}=0 $).

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

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

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

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

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \boldsymbol J = \boldsymbol S + \boldsymbol L.

Die Auswahlregel

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Delta m_\mathrm{s} = \pm 1 (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): m_\mathrm{s} : magnetische Quantenzahl des Spins)

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Delta m_\mathrm{J} = 0 (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): 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 Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \boldsymbol S und der Gesamtbahndrehimpuls Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \boldsymbol L nicht mehr zu Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \boldsymbol J koppeln, sondern unabhängig voneinander um die Achse des angelegten Magnetfeldes präzedieren.