Un experimento altamente 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 de Fabry-Pérot
5. Determinación del Magnetón de Bohr

Este experimento investiga el efecto Zeeman normal y anómalo utilizando las líneas de cadmio roja (λ = 643,8 nm) y turquesa (λ = 480 nm). Los dos etalones en el experimento fueron optimizados para ambas longitudes de onda para lograr imágenes de 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 de Cd es claramente visible. El efecto Zeeman se estudia en configuraciones tanto transversales (perpendicular) como longitudinales (paralela) en relación con un campo magnético externo y variable.

A través de la introducción teórica al etalón de Fabry-Pérot, también se puede determinar experimentalmente el magnetón de Bohr en este experimento.

Efecto Zeeman Normal

El efecto Zeeman normal se investiga utilizando la línea roja de cadmio (λ = 643,8 nm). La configuración longitudinal se facilita mediante un orificio escalonado en la zapata polar del electroimán. A medida que la luz de la lámpara de Cd pasa a través del etalón 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 polarizador y una placa de cuarto de onda.

El desdoblamiento de los anillos de interferencia se registra con una cámara de microscopio. 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 el montaje del efecto Zeeman normal. El etalón se reemplaza por un segundo etalón, y el filtro rojo se sustituye por un filtro de interferencia de banda estrecha (FWHM = 10 nm). Con este montaje, se puede examinar la línea turquesa de cadmio (λ = 480,0 nm). El desdoblamiento de la línea turquesa de Cd en el campo magnético en cuatro líneas (longitudinal) o seis líneas (transversal) se resuelve con alta precisión utilizando el etalón de Fabry-Pérot. La polarización lineal o circular de las líneas se analiza utilizando un filtro polarizador y una placa de cuarto de onda.

Desdoblamiento de la Estructura Hiperfina

En el montaje para el efecto Zeeman anómalo, también se hace visible el desdoblamiento de la estructura hiperfina de la línea de cadmio de 480 nm. 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 se observa como hasta tres líneas adicionales junto a la línea de 480 nm.

Interferómetro de Fabry-Pérot y Determinación del Magnetón de Bohr

Un interferómetro de 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, el montaje también se denomina etalón 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 al montaje para el efecto Zeeman normal. A través de la introducción teórica al etalón 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.