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:
- $ {\boldsymbol {J}}={\boldsymbol {S}}+{\boldsymbol {L}}. $
Die Auswahlregel
- $ \Delta m_{\mathrm {s} }=\pm 1 $ ($ m_{\mathrm {s} } $: magnetische Quantenzahl des Spins)
- $ \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 $ {\boldsymbol {S}} $ und der Gesamtbahndrehimpuls $ {\boldsymbol {L}} $ nicht mehr zu $ {\boldsymbol {J}} $ koppeln, sondern unabhängig voneinander um die Achse des angelegten Magnetfeldes präzedieren.