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.

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 $\Delta m_{J}=0,\pm 1$ 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.

Die Erklärung für die experimentelle Beobachtung von Friedrich Paschen und E. Back (1921), dass der anomale Zeeman-Effekt (für Systeme mit einem Gesamtspin S > 0 ) in den normalen Zeeman-Effekt (für Atome mit Gesamtspin S = 0) übergeht, kann durch diese Entkopplung von S und L verstanden werden, da der Einfluss des Gesamtspins bei fehlender Spin-Bahn-Kopplung verschwindet.