Un esperimento altamente versatile dal mondo affascinante della fisica atomica e quantistica che copre i seguenti argomenti:

1. Effetto Zeeman Normale
2. Effetto Zeeman Anomalo
3. Scissione della Struttura Iperfine
4. Interferometro di Fabry-Pérot
5. Determinazione del Magnetone di Bohr

Questo esperimento investiga l'effetto Zeeman normale e anomalo utilizzando le linee del cadmio rosso (λ = 643,8 nm) e turchese (λ = 480 nm). I due etaloni nell'esperimento sono stati ottimizzati per entrambe le lunghezze d'onda per ottenere immagini ad altissima risoluzione. Nel caso dell'effetto Zeeman anomalo, si risolvono spostamenti di linea inferiori a 2 pm. Inoltre, la scissione della struttura iperfine della linea del Cd turchese è chiaramente visibile. L'effetto Zeeman è studiato sia in configurazione trasversale (perpendicolare) sia longitudinale (parallela) rispetto a un campo magnetico esterno variabile.

Attraverso l'introduzione teorica all'etalone di Fabry-Pérot, anche il magnetone di Bohr può essere determinato sperimentalmente in questo esperimento.

Effetto Zeeman Normale

L'effetto Zeeman normale è investigato utilizzando la linea del cadmio rosso (λ = 643,8 nm). La configurazione longitudinale è facilitata da una foratura a gradini nel polo dell'elettromagnete. Quando la luce dalla lampada al Cd passa attraverso l'etalone di Fabry-Pérot, si formano anelli di interferenza, che si scindono in doppietti o triplette a seconda della direzione del campo magnetico esterno. La polarizzazione lineare o circolare delle linee è analizzata utilizzando un filtro polarizzatore e una lamina a quarto d'onda.

La scissione degli anelli di interferenza è registrata con una fotocamera per microscopio. Un filtro rosso sulla lente di messa a fuoco migliora il contrasto e la profondità di campo per l'analisi delle linee del Cd. Il software della fotocamera in dotazione (per Windows) consente sia l'osservazione qualitativa dell'immagine dal vivo sia l'analisi quantitativa utilizzando gli screenshot. L'esperimento è montato su un banco ottico di precisione stabile.

Effetto Zeeman Anomalo

Per investigare l'effetto Zeeman anomalo, l'allestimento per l'effetto Zeeman normale ha bisogno di essere modificato leggermente. L'etalone è sostituito da un secondo etalone, e il filtro rosso è sostituito con un filtro d'interferenza passa-banda a banda stretta (FWHM = 10 nm). Con questa configurazione, può essere esaminata la linea del cadmio turchese (λ = 480,0 nm). La scissione della linea del Cd turchese nel campo magnetico in quattro (longitudinale) o sei (trasversale) linee è risolta con alta precisione utilizzando l'etalone di Fabry-Pérot. La polarizzazione lineare o circolare delle linee è analizzata utilizzando un filtro polarizzatore e una lamina a quarto d'onda.

Scissione della Struttura Iperfine

Nella configurazione per l'effetto Zeeman anomalo, diventa visibile anche la scissione della struttura iperfine della linea del cadmio a 480 nm. Oltre a 114Cd (spin nucleare = 0), la lampada al Cd contiene gli isotopi 111Cd e 113Cd, entrambi con spin nucleare di 1/2. L'interazione tra spin nucleare ed elettrone porta alla scissione della struttura iperfine, che nell'esperimento è visibile come fino a tre linee aggiuntive accanto alla linea a 480 nm.

Interferometro di Fabry-Pérot e Determinazione del Magnetone di Bohr

Un interferometro di Fabry-Pérot è una cavità ottica costituita da due specchi piano-paralleli che sono parzialmente trasparenti e hanno un'elevata riflettività. Gli specchi racchiudono un mezzo ottico. Quando gli specchi sono a distanza fissa, l'insieme è anche chiamato etalone di Fabry-Pérot. A causa dell'interferenza a multi-raggio, gli etaloni hanno un potere risolutivo molto elevato.

Questa parte dell'esperimento è identica all'allestimento per l'effetto Zeeman normale. Attraverso l'introduzione teorica all'etalone di Fabry-Pérot e l'investigazione degli anelli di interferenza, il valore del magnetone di Bohr può essere determinato sperimentalmente.