Эффект Пашена – Бака

Эффе́кт Па́шена – Ба́ка, расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атомов, молекул и кристаллов в сильных магнитных полях; частный случай эффекта Зеемана. Обнаружен Ф. Пашеном и Э. Баком в 1912 г. Наблюдается в магнитных полях напряжённостью ${\displaystyle H}$ около 10⁷ А/м. При этом величина взаимодействия энергетического уровня c магнитным полем превосходит величину спин-орбитального взаимодействия, связь между векторами орбитального и спинового моментов разрушается, и векторы прецессируют вдоль направления магнитного поля независимо друг от друга. В результате спектральная линия расщепляется, образуя нормальный зеемановский триплет, каждая из ${\displaystyle \pi }$- и ${\displaystyle \sigma }$-компонент которого имеет сложную мультиплетную структуру с малыми расщеплениями того же порядка, что и тонкая структура мультиплетов в отсутствие магнитного поля. Величина ${\displaystyle \Delta E}$ расщепления энергетического уровня в эффекте Пашена – Бака определяется формулой: ${\displaystyle \Delta E=\mu _{\text{Б}}H(M_{L}+2M_{S})+AM_{L}M_{S}}$, где ${\displaystyle \mu _{\text{Б}}}$ – магнетон Бора, ${\displaystyle M_{L}}$ и ${\displaystyle M_{S}}$ – проекции орбитального момента атома и его спина на направление магнитного поля, ${\displaystyle A}$ – константа сверхтонкого расщепления, ${\displaystyle H}$ – напряжённость магнитного поля. На практике обычно работают с полями напряжённостью порядка 2·10⁶ А/м; в этом случае ${\displaystyle \Delta E}$ составляет около 5·10^–4 эВ.

Излучательные дипольные переходы между компонентами расщеплённых уровней энергии определяются правилами отбора для спинового ${\displaystyle m_{s}}$ и орбитального ${\displaystyle m_{l}}$ магнитных квантовых чисел: ${\displaystyle \Delta m_{s}=0}$ и ${\displaystyle \Delta m_{l}=0,\pm 1}$.

Эффект Пашена – Бака служит хорошим механизмом оценки величины магнитного поля в плазме. Например, спектральные дублеты FeII с длиной волны ${\displaystyle \lambda =614,9}$ нм и LiI с ${\displaystyle \lambda =670,8}$ нм используются в астрофизике для диагностики магнитных полей звёзд.