Paschen-Effekt

Paschen-Effekt

Der Paschen-Back-Effekt beschreibt die Entkopplung von Spin- und Bahndrehimpulsen beim Anlegen eines starken magnetischen Feldes. Ein Spektrum mit anomalem Zeeman-Effekt (für Atome, die einen Gesamtspin S aufweisen) geht somit in die Form eines Spektrums mit normalem Zeeman-Effekt über.

In schwachen magnetischen Feldern werden aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung zunächst die Spindrehimpulse \boldsymbol s_i zu einem Gesamtspin \boldsymbol S addiert und die Bahndrehimpulse \boldsymbol l_i zu einem Gesamtbahndrehimpuls \boldsymbol L. Der Gesamtspin \boldsymbol S und der Gesamtbahndrehimpuls \boldsymbol L koppeln dann zu einem Gesamtdrehimpuls \boldsymbol J mit \boldsymbol J=L+S. Dieser Gesamtdrehimpuls \boldsymbol J präzediert um die Achse des angelegten Feldes. Die Auswahlregel  \Delta m_J = 0, \Delta m_s = \pm 1 bestimmt dann die Form des Spektrums des anomalen Zeeman-Effekts.

Bei starken Magnetfeldern (B > 1 T) ist die Kopplung der magnetischen Momente an das angelegte Feld stärker 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.

1921 beobachteten Friedrich Paschen und Ernst Back (1881-1959), dass der anomale Zeeman-Effekt (für Systeme mit einem Gesamtspin S > 0) in den normalen Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin S = 0) übergeht. Dies kann als Entkopplung von \boldsymbol S und \boldsymbol L verstanden werden, da der Einfluss des Gesamtspins bei fehlender Spin-Bahn-Kopplung verschwindet.


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