Atom ve kuantum fiziğinin büyüleyici dünyasından aşağıdaki konuları kapsayan son derece çok yönlü bir deney:

1. Normal Zeeman Etkisi
2. Anormal Zeeman Etkisi
3. Hiperince Yapı Ayrışması
4. Fabry-Pérot Enterferometresi
5. Bohr Magnetonunun Belirlenmesi

Bu deney, kırmızı (λ = 643,8 nm) ve turkuaz (λ = 480 nm) kadmiyum çizgilerini kullanarak normal ve anormal Zeeman etkisini araştırır. Deneydeki iki etalon, her iki dalga boyu için optimize edilerek çok yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilmiştir. Anormal Zeeman etkisi durumunda, 2 pm'den daha az olan çizgi kaymaları çözünür. Ayrıca, turkuaz Cd çizgisinin hiperince yapı ayrışması da net bir şekilde görülebilir. Zeeman etkisi, harici, değişken bir manyetik alana göre hem enine (dik) hem de boyuna (paralel) konfigürasyonlarda incelenir.

Fabry-Pérot etalonuna teorik giriş sayesinde, Bohr magnetonu da bu deneyde deneysel olarak belirlenebilir.

Normal Zeeman Etkisi

Normal Zeeman etkisi, kırmızı kadmiyum çizgisi (λ = 643,8 nm) kullanılarak incelenir. Boyuna konfigürasyon, elektromıknatısın kutup ayakkabısındaki kademeli delik sayesinde kolaylaştırılır. Cd lambasından gelen ışık Fabry-Pérot etalonundan geçerken girişim halkaları oluşur ve bu halkalar, harici manyetik alanın yönüne bağlı olarak çiftlere veya üçlü gruplara ayrılır. Çizgilerin doğrusal veya dairesel polarizasyonu, bir polarizasyon filtresi ve çeyrek dalga plakası kullanılarak analiz edilir.

Girişim halkalarının ayrılması bir mikroskop kamerası ile kaydedilir. Odaklama merceğindeki kırmızı bir filtre, Cd çizgilerinin analizinde kontrastı ve alan derinliğini artırır. Beraberindeki kamera yazılımı (Windows için), canlı görüntünün niteliksel olarak gözlemlenmesini ve ekran görüntülerini kullanarak niceliksel analiz yapılmasını sağlar. Deney, sağlam bir optik hassasiyet tezgahı üzerine kurulmuştur.

Anormal Zeeman Etkisi

Anormal Zeeman etkisini incelemek için, normal Zeeman etkisi düzeninde küçük bir değişiklik yapmak gerekir. Etalon, ikinci bir etalon ile değiştirilir ve kırmızı filtre, dar bantlı bir bant geçiren girişim filtresi (FWHM = 10 nm) ile değiştirilir. Bu düzenekle, turkuaz kadmiyum çizgisi (λ = 480,0 nm) incelenebilir. Turkuaz Cd çizgisinin manyetik alanda dörde (boyuna) veya altıya (enine) ayrılması, Fabry-Pérot etalonu kullanılarak yüksek çözünürlükle gözlemlenir. Çizgilerin doğrusal veya dairesel polarizasyonu, bir polarizasyon filtresi ve çeyrek dalga plakası kullanılarak analiz edilir.

Hiperince Yapı Ayrışması

Anormal Zeeman etkisi düzeninde, 480 nm kadmiyum çizgisinin hiperince yapı ayrışması da görünür hale gelir. 114Cd (nükleer spin = 0) yanı sıra, Cd lambası nükleer spini 1/2 olan 111Cd ve 113Cd izotoplarını da içerir. Nükleer spin ile elektron arasındaki etkileşim, hiperince yapı ayrışmasına yol açar ve deneyde 480 nm çizgisinin yanında üç adede kadar ek çizgi olarak gözlemlenir.

Fabry-Pérot Enterferometresi ve Bohr Magnetonunun Belirlenmesi

Fabry-Pérot enterferometresi, kısmen geçirgen ve yüksek yansıtıcılığa sahip iki düzlem paralel aynadan oluşan bir optik boşluktur. Aynalar, optik bir ortamı sınırlar. Aynaların sabit bir mesafede olduğu durumda, düzenek Fabry-Pérot etalonu olarak da adlandırılır. Çoklu ışın girişimi nedeniyle, etalonlar çok yüksek çözünürlük gücüne sahiptir.

Deneyin bu bölümü, normal Zeeman etkisi düzeniyle aynıdır. Fabry-Pérot etalonuna teorik giriş ve girişim halkalarının incelenmesi sayesinde, Bohr magnetonunun değeri deneysel olarak belirlenebilir.