Effet Zeeman

Pieter Zeeman (1865-1943) Physicien hollandais né à Amsterdam. Il fait ses études à l'Université de Leyden, où il enseignera le physique de 1897 a 1900, date à laquelle il est nommé professeur à l'université d'Amsterdam. A partir de 1908 il dirige l'Institut de Physique de cette même ville. En 1896 il découvre l'effet Zeeman, confirmant expérimentalement les prédictions de son maître H. A. Lorentz et apportant ainsi une preuve de plus en faveur de la théorie électromagnétique de la lumière. Pour ces travaux, Lorentz et Zeeman, reçoivent le premier prix Nobel de Physique en 1902.
Pieter Zeeman
  

Beaucoup de raies métalliques du spectre solaire apparaissent, dans les taches, élargies ou décomposées en plusieurs raies.
Hale, qui découvrit ce phénomène, montra en 1908 que cette décomposition des raies est identique à celle que l'on observe au laboratoire lorsque la source lumineuse est placée entre les pôles d'un puissant électro-aimant : c'est l'effet Zeeman.
Les deux cas typiques les plus simples sont celui où l'on observe perpendiculairement au champ (effet Zeeman transversal) et celui où on observe dans l'axe du champ(effet Zeeman logitudinal).
Dans l'effet Zeeman transversal, on observe trois raies polarisées rectilignement.
La raie centrale polarisée dans le sens du champ a même longueur d'onde qu'en observant en l'absence de celui-ci.
 Les deux raies latérales polarisées perpendiculairement au champ sont décalées par rapport à la raie centrale de la valeur donnée par la formule ci-dessous.
Dans l'effet Zeeman longitudinal la raie centrale disparait et deux raies latérales, polarisées circulairement, sont observées décalées de part et d'autre de:

e et m sont respectivement la charge et la masse de l'électron.
c la vitesse de la lumière, g le facteur de Landé.
l la longueur d'onde de la raie observée en angström et B l'intensité du champ magnétique en gauss.
Pour la raie du fer Fe (6302.5 Å) on a g=2.5.

D'après un article de Xavier Luri (2003-10-23) du Boletín18 de la SEA.

Ci-dessus le spectre solaire obtenu au SHG aux environs du groupe de taches 0652 le 26 juillet 2004 comme montré sur l'image ci-contre.
Le spectre de la région photosphérique hors tache.
Image SOHO du Soleil dans le visible.

Le calcul précédent donne, pour le décalage de +/- 3 pixels observé sur l'image avec une dispersion de 0.038 Å/pixel, un champ magnétique de 2500 gauss environ.

Autre exemple d'un effet Zeeman.

Observation de NOAA 0822 du 19 novembre 2005 dans la raie Fe1 6302.5Å.

La tache NOAA 0828 le 19 novembre 2005 et le spectre de la coupe indiquée par le trait blanc qui indique la position de la fente du SHG.

On voit nettement que les raies atmosphériques, marquées en vert, ne sont pas élargies...bien sûr.

Les raies du Fe1 n'offrent pas tout à fait le même aspect non plus dans le champ magnétique de l'ombre et de la pénombre de la tache.

La raie marquée de bleu (Fe1 6297.8) a un facteur de Landé g= 0.99.

La raie marquée de violet (Fe1 6301.5) a un facteur de Landé g=1.67.

Leur élargissement est moins important que celui de la raie marquée de rouge (Fe1 6302.5) qui, avec un facteur de Landé g=2.49, montre nettement le triplet de Zeeman dans la pénombre inférieure.

L'écart des deux branches latérales à la frontière ombre-pénombre est de 7 pixels environ pour la raie Fe1 6302.5.
L'écart Dl entre le centre de la raie et chacune des composantes latérales cette raie Fe1 6302.5 est de +/- 3.5 pixels soit 0.126Å.
Celà donne un champ magnétique de 2700 gauss environ.

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