اثر زیمان در فیزیک به شکافتگی خطوط طیفی اتم‌ها در حضور میدان مغناطیسی گفته می‌شود. این پدیده کاربردهای مهمی در تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و پروندهسازی تشدید مغناطیسی (MRI) دارد. اثر زیمان به خاطر فیزیکدان هلندی پیتر زیمان نامگذاری شده است.
در بیشتر اتم‌ها آرایش‌های الکترونی بسیاری هستند که انرژی یکسانی دارند. ولی در حضور یک میدان مغناطیسی این واگنی به هم می‌خورد، زیرا الکترونهایی که اعداد کوانتومی متفاوت دارند، از میدان مغناطیسی به شکل‌های متفاوتی اثر می‌پذیرند. از این رو، با این که در آغاز اتم‌های بسیاری انرژی یکسان داشتند، حالا انرژی‌های گوناگونی داریم و این باعث می‌شود خطوط طیفی تازه‌ای داشته باشیم که البته بسیار به هم نزدیک هستند.در حال حاضر می‌دانیم که اوربیتالهایی از قبیل از نظر انرژی برابرند و در غیاب میدان مغناطیسی نمی‌توان تفاوتی بین الکترونهایی که این اوربیتالها را اشغال کرده‌اند، قائل شد، ولی وقتی طیف نشری اتم هیدروژن در میدان مغناطیسی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، وضعیت پیچیده‌تری پیدا می‌کند. یعنی هر خط طیفی حاصل از چندگانگی خطوط طیفی که خارج از میدان مغناطیسی بدست می‌آید، در میدان مغناطیسی به چند خط طیفی فوق‌العاده نزدیک به یکدیگر تجزیه می‌شود. مثلاً در مورد اتم سدیم، همانطور که در شکل نشان داده شـده است، این رویداد موجب می‌شود که هر یک از دو خط طیفی اصلی آن به چندین خط تفکیک شود. چنین وضعیتی که به ساختار ظریف خطوط طیفی موسوم است، اولین بار توسط زیمان (در سال 1896) مشاهده شد و اثر زیمان نامیده می‌شود. این اثر، با قبول دو درجه آزادی برای حرکت الکترون یعنی در نظر گرفتن دو عدد کوآنتومی اصلی و فرعی برای مشخص کردن انرژی الکترون در چرخش به دور هسته، قابل بررسی نیست. بلکه برای توجیه آن باید سه درجه آزادی برای حرکت الکترون یا به بیانی دیگر، عدد کوآنتومی دیگری علاوه بر اعداد کوآنتومی اصلی و فرعی برای مشخص کردن دقیق وضعیت الکترون در فضای اطراف هسته باید در نظر گرفت. برای این منظور، باید قبول کرد که وقتی الکترون، بدون وجود یک میدان مغناطیسی خارجی، به دور هسته اتم می‌چرخد مرجعی وجود ندارد تا بتوان سطح مشخصی برای مدار چرخش آن در نظر گرفت. به بیان دیگر، سطح مدار چرخش آن کاملاً اختیاری است. اما وقتی الکترون در یک میدان مغناطیسی خارجی به دور هسته می‌چرخد، سطح مدار چرخش آن نسبت به راستای میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. زیرا الکترون (ذره باردار) ضمن چرخش به دور هسته، در نقش یک مغناطیس کوچک (با ممان مغناطیس) عمل می‌کند. در نتیجه، در یک میدان مغناطیسی (با شدت)، تحت تأثیر قرار گرفته و سطح مدار چرخش آن دستخوش تغییراتی می‌شود. این تغییرات، دیگر اختیاری نبوده بلکه از محدودیت کوآنتومی پیروی می‌کند. بطوریکه تصویر بردار ممان مغناطیسی حاصل از چرخش الکترون بر روی این سطوح، نسبت به راستای میدان، همواره باید مضرب درستی از باشد. این مضرب درست را که به عدد کوآنتومی مغناطیسی موسوم شده است، با نشان می‌دهند.
در حال حاضر می‌دانیم که اوربیتالهایی از قبیل از نظر انرژی برابرند و در غیاب میدان مغناطیسی نمی‌توان تفاوتی بین الکترونهایی که این اوربیتالها را اشغال کرده‌اند، قائل شد، ولی وقتی طیف نشری اتم هیدروژن در میدان مغناطیسی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، وضعیت پیچیده‌تری پیدا می‌کند. یعنی هر خط طیفی حاصل از چندگانگی خطوط طیفی که خارج از میدان مغناطیسی بدست می‌آید، در میدان مغناطیسی به چند خط طیفی فوق‌العاده نزدیک به یکدیگر تجزیه می‌شود. مثلاً در مورد اتم سدیم، همانطور که در شکل نشان داده شـده است، این رویداد موجب می‌شود که هر یک از دو
فایل ورد 13 ص
دانلود تحقیق اثر زیمان