Un experimento muy versátil del fascinante mundo de la física atómica y cuántica que abarca los siguientes temas:

1. Efecto Zeeman Normal
2. Efecto Zeeman Anómalo
3. Desdoblamiento de la Estructura Hiperfina
4. Interferómetro Fabry-Pérot
5. Determinación del Magnetón de Bohr

Este experimento investiga el efecto Zeeman normal y anómalo utilizando las líneas roja (λ = 643.8 nm) y turquesa (λ = 480 nm) del cadmio. Los dos etalones en el experimento fueron optimizados para ambas longitudes de onda para lograr imágenes con muy alta resolución. En el caso del efecto Zeeman anómalo, se resuelven desplazamientos de línea de menos de 2 pm. Además, el desdoblamiento de la estructura hiperfina de la línea turquesa del Cd es claramente visible. El efecto Zeeman se estudia tanto en configuraciones transversales (perpendiculares) como longitudinales (paralelas) en relación con un campo magnético externo y variable.

A través de la introducción teórica al étalon de Fabry-Pérot, el magnetón de Bohr también puede ser determinado experimentalmente en este experimento.

Efecto Zeeman Normal

El efecto Zeeman normal se investiga utilizando la línea roja del cadmio (λ = 643.8 nm). La configuración longitudinal se facilita mediante un orificio escalonado en el polo del electroimán. A medida que la luz de la lámpara de Cd pasa a través del étalon de Fabry-Pérot, se forman anillos de interferencia que se dividen en dobletes o tripletes dependiendo de la dirección del campo magnético externo. La polarización lineal o circular de las líneas se analiza utilizando un filtro de polarización y una placa de cuarto de onda.

La división de los anillos de interferencia se registra con una cámara microscópica. Un filtro rojo en la lente de enfoque mejora el contraste y la profundidad de campo para analizar las líneas de Cd. El software de la cámara (para Windows) permite tanto la observación cualitativa de la imagen en vivo como el análisis cuantitativo utilizando capturas de pantalla. El experimento se monta en un banco óptico de precisión estable.

Efecto Zeeman Anómalo

Para investigar el efecto Zeeman anómalo, es necesario modificar ligeramente la configuración del efecto Zeeman normal. El étalon se reemplaza por un segundo étalon, y el filtro rojo se sustituye por un filtro de interferencia de banda estrecha (ancho de banda a media altura = 10 nm). Con esta configuración, se puede examinar la línea turquesa del cadmio (λ = 480.0 nm). La división de la línea turquesa del Cd en el campo magnético en cuatro (longitudinal) o seis (transversal) líneas se resuelve altamente utilizando el étalon de Fabry-Pérot. La polarización lineal o circular de las líneas se analiza utilizando un filtro de polarización y una placa de cuarto de onda.

Desdoblamiento de la Estructura Hiperfina

En la configuración para el efecto Zeeman anómalo, también se hace visible el desdoblamiento de la estructura hiperfina de la línea de 480 nm del cadmio. Además del 114Cd (espín nuclear = 0), la lámpara de Cd contiene los isótopos 111Cd y 113Cd, ambos con un espín nuclear de 1/2. La interacción entre el espín nuclear y el electrón conduce al desdoblamiento de la estructura hiperfina, que en el experimento es visible como hasta tres líneas adicionales junto a la línea de 480 nm.

Interferómetro Fabry-Pérot y Determinación del Magnetón de Bohr

Un interferómetro Fabry-Pérot es una cavidad óptica que consiste en dos espejos plano-paralelos que son parcialmente transparentes y tienen una alta reflectividad. Los espejos encierran un medio óptico. Cuando los espejos están a una distancia fija, la configuración también se denomina étalon de Fabry-Pérot. Debido a la interferencia de múltiples haces, los etalones tienen un poder de resolución muy alto.

Esta parte del experimento es idéntica a la configuración para el efecto Zeeman normal. A través de la introducción teórica al étalon de Fabry-Pérot y la investigación de los anillos de interferencia, se puede determinar experimentalmente el valor del magnetón de Bohr.

Nota:

El manual experimental está disponible en inglés y alemán.