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

1. Normal Zeeman Etkisi
2. Anormal Zeeman Etkisi
3. Hiper-ince Yapı Ayrışması
4. Fabry-Pérot İnterferometresi
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 edilmiştir ve çok yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilmiştir. Anormal Zeeman etkisi durumunda, 2 pm'den daha az çizgi kaymaları çözümlenmiştir. Ayrıca, turkuaz Cd çizgisinin hiper-ince yapı ayrışması net bir şekilde görülebilir. Zeeman etkisi, harici değişken bir manyetik alana göre enine (dik) ve boyuna (paralel) konfigürasyonlarda incelenir.

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

Normal Zeeman Etkisi

Normal Zeeman etkisi, kırmızı kadmiyum çizgisi (λ = 643,8 nm) kullanılarak araştırılır. Boyuna konfigürasyon, elektromıknatısın kutup başlığındaki basamaklı delik sayesinde sağlanır. Cd lambasından gelen ışık Fabry-Pérot etalonundan geçerken, girişim halkaları oluşturur ve bu halkalar, harici manyetik alanın yönüne bağlı olarak çiftler veya üçlüler halinde ayrışır. Çizgilerin doğrusal veya dairesel polarizasyonu, bir polarizasyon filtresi ve çeyrek dalga plakası kullanılarak analiz edilir.

Girişim halkalarının ayrışması, bir mikroskop kamerası ile kaydedilir. Odaklama lensindeki kırmızı filtre, Cd çizgilerini analiz etmek için kontrastı ve alan derinliğini artırır. Eşlik eden kamera yazılımı (Windows için), hem canlı görüntünün nitel gözlemini hem de ekran görüntüleri kullanarak nicel analiz yapmayı sağlar. Deney, sağlam bir optik hassasiyetli bank üzerinde kurulmuştur.

Anormal Zeeman Etkisi

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

Hiper-ince Yapı Ayrışması

Anormal Zeeman etkisi için olan düzenekte, 480 nm kadmiyum çizgisinin hiper-ince yapı ayrışması da görülebilir. Cd lambası, 114Cd (nükleer spin = 0) yanı sıra, nükleer spinleri 1/2 olan 111Cd ve 113Cd izotoplarını içerir. Nükleer spin ve elektron arasındaki etkileşim, hiper-ince yapı ayrışmasına yol açar ve deneyde 480 nm çizgisinin yanında üçe kadar ek çizgi olarak görülebilir.

Fabry-Pérot İnterferometresi ve Bohr Magnetonunun Belirlenmesi

Bir Fabry-Pérot interferometresi, kısmen saydam ve yüksek yansıtıcılığa sahip iki düzlemsel paralel aynadan oluşan bir optik boşluktur. Aynalar, bir optik ortamı çevreler. Aynalar sabit bir mesafede olduğunda, düzenek Fabry-Pérot etalonu olarak da adlandırılır. Çoklu ışın girişimi nedeniyle, etalonlar çok yüksek bir çözünürlüğe sahiptir.

Deneyin bu kısmı, normal Zeeman etkisi için olan düzenekle aynıdır. Fabry-Pérot etalonuna teorik bir giriş ve girişim halkalarının incelenmesi yoluyla, Bohr magnetonunun değeri deneysel olarak belirlenebilir.