Egy rendkívül sokoldalú kísérlet az atom- és kvantumfizika lenyűgöző világából, amely az alábbi témákat öleli fel:

1. Normál Zeeman-effektus
2. Anomális Zeeman-effektus
3. Hiperfinomszerkezet-szétválás
4. Fabry–Pérot-interferométer
5. A Bohr-magneton meghatározása

Ez a kísérlet a normál és anomális Zeeman-effektust vizsgálja a vörös (λ = 643,8 nm) és a türkiz (λ = 480 nm) kadmiumvonalak segítségével. A kísérletben használt két etalont mindkét hullámhosszra optimalizálták, hogy nagyon magas felbontású képeket érjenek el. Az anomális Zeeman-effektus esetében 2 pm-nél kisebb vonaleltolódások is feloldhatók. Ezenkívül a türkiz kadmiumvonal hiperfinomszerkezet-szétválása is jól látható. A Zeeman-effektust mind transzverzális (merőleges), mind longitudinális (párhuzamos) konfigurációban tanulmányozzák egy külső, változtatható mágneses térrel szemben.

A Fabry–Pérot-etalon elméleti bevezetése révén ebben a kísérletben kísérletileg meghatározható a Bohr-magneton értéke is.

Normál Zeeman-effektus

A normál Zeeman-effektust a vörös kadmiumvonal (λ = 643,8 nm) segítségével vizsgálják. A longitudinális konfigurációt az elektromágnes póluscipőjében lévő lépcsős furat teszi lehetővé. Amikor a kadmiumlámpa fénye áthalad a Fabry–Pérot-etalonon, interferenciagyűrűk keletkeznek, amelyek a külső mágneses tér irányától függően kettőződnek vagy hármasára oszlanak. A vonalak lineáris vagy körpolarizációját polarizációs szűrő és negyedhullámú lemez segítségével elemzik.

Az interferenciagyűrűk szétválását mikroszkópkamerával rögzítik. Az élességállító lencsén elhelyezett vörös szűrő javítja a kadmiumvonalak elemzéséhez szükséges kontrasztot és mélységélességet. A mellékelt (Windows operációs rendszerhez készült) kameraszoftver lehetővé teszi az élőkép kvalitatív megfigyelését és a kvantitatív elemzést képernyőmentések segítségével. A kísérlet egy stabil optikai precíziós padon van felállítva.

Anomális Zeeman-effektus

Az anomális Zeeman-effektus vizsgálatához a normál Zeeman-effektus beállítását kissé módosítani kell. Az etalont kicserélik egy második etalonra, és a vörös szűrőt egy keskenysávú sávátengedő interferenciaszűrőre (FWHM = 10 nm) cserélik. Ezzel a beállítással a türkiz kadmiumvonal (λ = 480,0 nm) vizsgálható. A türkiz kadmiumvonal szétválását a mágneses térben négy (longitudinális) vagy hat (transzverzális) vonalra a Fabry–Pérot-etalon segítségével nagy felbontással lehet megfigyelni. A vonalak lineáris vagy körpolarizációját polarizációs szűrő és negyedhullámú lemez segítségével elemzik.

Hiperfinomszerkezet-szétválás

Az anomális Zeeman-effektus beállításában a 480 nm-es kadmiumvonal hiperfinomszerkezet-szétválása is láthatóvá válik. A ^114Cd (magspin = 0) mellett a kadmiumlámpa tartalmazza a ^111Cd és ^113Cd izotópokat is, amelyek mindegyikének magspinje 1/2. A magspin és az elektron közötti kölcsönhatás hiperfinomszerkezet-szétválást eredményez, amely a kísérletben akár három további vonalként is megjelenik a 480 nm-es vonal mellett.

Fabry–Pérot-interferométer és a Bohr-magneton meghatározása

A Fabry–Pérot-interferométer egy optikai rezonátor, amely két sík-parallel tükröt tartalmaz, amelyek részben áteresztők és nagy visszaverő képességgel rendelkeznek. A tükrök egy optikai közeget zárnak közre. Amikor a tükrök rögzített távolságban vannak, a beállítást Fabry–Pérot-etalonnak nevezik. A többnyalábos interferencia miatt az etalonok nagyon nagy feloldóképességűek.

A kísérlet ezen része azonos a normál Zeeman-effektus beállításával. A Fabry–Pérot-etalon elméleti bevezetése és az interferenciagyűrűk vizsgálata révén kísérletileg meghatározható a Bohr-magneton értéke.