Paschen-Back-Effekt

Der Paschen-Back-Effekt beschreibt die Entkopplung von Spin- und Bahndrehimpulsen beim Anlegen eines starken magnetischen Feldes. Ein Spektrum mit anomalem Zeeman-Effekt (für Atome, die einen Gesamtspin S aufweisen) geht somit in die Form eines Spektrums mit normalen Zeeman-Effekt über.

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In schwachen magnetischen Feldern werden aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung zunächst die Spindrehimpulse s_i zu einem Gesamtspin S addiert und die Bahndrehimpulse l_i zu einem Gesamtbahndrehimpuls L. Der Gesamtspin S und der Gesamtbahndrehimpuls L koppeln dann zu einem Gesamtdrehimpuls J mit J = L + S. Dieser Gesamtdrehimpuls J präzediert um die Achse des angelegten Feldes. Die Auswahlregel bestimmt dann die Form des Spektrums des anomalen Zeeman-Effekts.

Bei starken Magnetfeldern (B > 1 T) ist die Kopplung der magnetischen Momente an das angelegte Feld stärker als die Spin-Bahn-Kopplung, so dass der Gesamtspin S und der Gesamtbahndrehimpuls L nicht mehr zu J koppeln, sondern unabhängig voneinander um die Achse des angelegten Magnetfeldes präzedieren.

1921 beobachteten Friedrich Paschen und Ernst Back (1881-1959), dass der anomale Zeeman-Effekt (für Systeme mit einem Gesamtspin S > 0) in den normalen Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin S = 0) übergeht. Dies kann als Entkopplung von S und L verstanden werden, da der Einfluss des Gesamtspins bei fehlender Spin-Bahn-Kopplung verschwindet.