ZEEMANŮV JEV anomální A. Dominec, H. Štulcová (Gymnázium J. Seiferta) ‏ V.Pospíšil jako vedoucí projektu

Obsah Cíle experimentu Vlastnosti elektronového obalu Anomální zeemanův jev Měření pomocí optického čerpání Naše aparatura Výsledky Poděkování...nic není takové, jako se zdá

Cíl experimentu anomální zeemanův jev Anomální zeemanův jev spočívá ve štěpení energetických hladin pod vlivem vnitřních magnetických polí atomu Bohužel není praktické jej sledovat přímo, a proto je použito optické čerpání (štěpení hladin je moc jemné)

Vlastnosti elektronového obalu Kvantová čísla N – hlavní (1, 2, …) L – vedlejší – orbitální (0, …, N-1 nebo s, p, d...) M – magnetické (-L,..., L) S – spinové ( ±½) ‏Číslo N (hlavní)‏ Vybrané orbitaly elektronů J – celkový spin obalu (součet L a S) K – celkový spin jádra (součet spinů p + a n 0 ) F – celkový spin atomu (J+K) Číslo L (orbitální)

Vlastnosti elektronového obalu V rámci atomu se vyskytuje několik různých magnetických polí, která vzájemně interagují – Díky tomu se hladiny dále štěpí – Toto je tzv. jemná a velmi jemná struktura elektronového obalu

Anomální zeemanův jev princip Vzniká v důsledku interakce tří vnitřních magnetických polí atomu  Orbitální moment elektronu  Spin jádra  Spin elektronu Projevuje se velmi jemným štěpením spektrálních čar

Optické čerpání princip Umožňuje sledovat velmi jemné štěpení energetických hladin Čerpání provádíme na troše rubidia ve skleněné nádobce Na funkci se podílí tři hlavní prvky  Rubidiová výbojka  Stálé magnetické pole  Vysokofrekvenční pole

Optické čerpání teorie Světlo z výbojky klasicky vyráží valenční elektron rubidia na vyšší hladinu Světlo je kruhově polarizované  Nese moment hybnosti  Umožňuje eletronům jenom skoky, při kterých se jejich magnetické číslo zvyšuje o 1

Optické čerpání teorie Elektrony vyražené na vyšší hladinu samy hned skáčou zpět  Nemohou ale změnit zpět své magnetické číslo V důsledku toho jsou časem uvězněny ve stavu s nejvyšším magnetickým číslem  To jim zabraňuje v pohlcování dalšího světla m=0 m=1 m=-1 m=0 m=1 m=-1

Optické čerpání úloha vysokofrekvenčního pole Malé cívky se chovají vlastně jako antény  Vysílají do rubidia fotony o velmi malé vlnové délce a tedy i velmi malé energii Tyto fotony umožňují elektronům, aby si změnily magnetické číslo Je potřeba, aby energie fotonů přesně odpovídala patřičnému přeskoku na nižší magnetické číslo To se dá odladit frekvencí, na jakou jsou cívky zapnuté (okolo 8MHz)

Optické čerpání úloha vysokofrekvenčního pole Když správně odladíme frekvenci pole, umožníme elektronům přeskoky na některé z nižších magnetických čísel Tedy budou moci zase pohlcovat světlo výbojky Elektron uvězněný v m=1 Vysokofrekvenční pole umožní absorpci

Aparatura pro anomální Z. jev zkoumání velmi jemné struktury el. obalu Tak takto vypadá naše aparatura se všema fidlátkama, co k ní patří

Aparatura pro anomální Z. jev zkoumání velmi jemné struktury el. obalu výbojkacívky křemíkový detektor Světlo je kruhově polarizováno pomocí polarizačního filtru a čtvrtvlnové destičky Světlo prochází skrz nádobku s rubidiem vyhřátým na 65°C polarizátor

Aparatura generátor funkcí Generátor funkcí nám zajistí napájení pro cívky o potřebné frekvenci Abychom nemuseli neustále měnit frekvenci ručně, generátor automaticky 10X za vteřinu projede celý rozsah frekvencí od 7,5 do 8,5Mhz

Aparatura rubidiová výbojka Obyč výbojka, svítí růžově Občas se zapíná, jak se jí zlíbí Před ní je barevný filtr na 795nm  (to je bohužel kousek mimo viditelnou oblast)  Cosi infračerveného

Aparatura kruhová polarizace Polarizační filtr by sám o sobě polarizoval světlo lineárně Když se za něj dá čtvrtvlnová destička, je světlo polarizované kruhově Kruhově polarizované světlo nese moment hybnosti lineárníkruhové

Aparatura nádobka s rubidiem Je vyhřívaná na 65°C protékající vodou V rubidiu uvnitř se projevuje zeemanův jev Zde proto provádíme to optické čerpání

Aparatura ohřívací pumpa prostě obyčejný ohřívač vody na stupeň přesný zahřívá nádobku s rubidiem

Aparatura helmholtzovy cívky Zajišťují, aby uvnitř nádobky s rubidiem byla všude stejná intenzita mag. pole Jsou napájeny stabilním proudem 740mA Jsou velmi impozantní část aparatury

Aparatura vysokofrekvenční cívky Jsou napájeny přímo z generátoru funkcí Frekvence je 7.5 – 8.5MHz Způsobují přeskoky elektronů mezi různými magnetickými čísly

Aparatura osciloskop Přijímá vstup z fotodetektoru na konci aparatury Zobrazená hodnota určuje, kolik světla prošlo nepohlceno skrz rubidium – Světlo je pohlcováno, pokud mají elektrony m<2

Aparatura osciloskop vykreslujeme intenzitu prošlého světla v závislosti na frekvenci těch malých cívek výsledná hodnota tedy znamená, jaká je energie fotonu potřebná k přeskoku elektronu na nižší magnetické číslo

Aparatura shrnutí kruhově polarizované světlo vyráží elektrony Rb na vyšší mag.číslo, čímž je “uvězní“ fotony o konkrétní energii z vysokofrekvenční cívky je opět uvolní v závislosti na frekvenci těchto cívek prochází víc čí míň světla do detektoru – to se zobrazuje v osciloskopu

Zdá se vám to snadné? ANO ?

Naše výsledky …nic není takové, jaké se zdá...nejsou bohužel žádné co jsme udělali:  vyzkoušeli jednotlivé části aparatury – fungují při posledních pokusech se nám na osciloskopu objevilo cosi, co by při hodně velké dávce fantazie mohlo připomínat kýžené výsledky začali jsme psát návod k normálnímu ZJ

Budoucnost vypadá velmi pracovně ve zbývajících měsících máme v plánu:  vyzkoumat to cosi, co se nám objevuje v osciloskopu  konečně tu zatracenou aparaturu zprovoznit  pokusit se manuálně dopočítat hodnoty z aparatury pro NZJ  napsat návody k oběma aparaturám  napsat článek a vytvořit poster

Konec Děkujeme za pozornost… …a koordinátorovi za čas