Dobletes del Sodio e Hidrógeno/Deuterio

Para separar las líneas espectrales del hidrógeno de las del deuterio, se usa un interferómetro de Fabry-Perot. El patrón de franjas de interferencias esperado de una línea espectral simple, es una "diana" de anillos concéntricos de luces y sombras. Si está presente otra línea espectral, se pueden observar otras series independientes de anillos concéntricos de luces y sombras. La apariencia de estos anillos depende de la separación de los elementos del interferómetro, es decir; del grosor de la película de aire entre las superficies. De esta separación, se puede extraer datos apropiados sobre las longitudes de ondas espectrales.

Dado que la medición del doblete del H/D requiere un interferómetro bien alineado, es una buena práctica alinear el espectrómetro y medir el doblete del sodio como una preparación para la medición del H/D. El procedimiento experimental abajo recomendado, ofrece algunos pasos útiles para el proceso.

La medición de un doblete H/D pequeño, requiere una resolvancia alta con el interferómetro de Fabry-Perot, de modo que se recomiendan los siguientes pasos.

1. Alinear los espejos cuidadosamente con ayuda de un láser de helio-neón.

2. Medir la separación del doblete del sodio.

3. Optimizar las franjas del doblete de H/D cuidadosamente y realizar varias mediciones de la separación de las longitudes de ondas.

1. Equipación necesaria.
2. Medición del doblete del Sodio.
3. Doblete del Sodio con Fabrey-Perot.
4. Optimizar las franjas H/D.
5. Doblete H/D.
6. Recolección de datos de los dobletes.
7. Preparación de los espejos.
8. Ajustar paralelismo de los espejos.
9. Cuidado de los Espejos,
10. Micrómetros y el problema de la reacción.

Equipación Necesaria

Medición del Doblete de Sodio

La medición del doblete del sodio con el interferómetro de Fabry-Perot constituye una buena preparación, para la medición del doblete de hidrógeno/deuterio que es mas difícil. Algunos de los pasos a desarrollar son:

1. Alinear los espejos con la ayuda del láser de Helio-Neón.

2. Colocar la lámpara de sodio en el lado opuesto al tornillo del Micrómetro. Esta fuente lejana se puede usar directamente, sin necesidad de lentes condensadoras ni pantalla de cristal esmerilado. Ajustar el interferómetro hasta que se vea la diana patrón de interferencia.

3. El doblete produce dos patrones de dianas que se superponen. Una línea del doblete es dos veces mas intensa que la otra, de modo que ese patrón es mas brillante. Moviendo el tornillo del Micrómetro en una dirección solamente para evitar el problemas de reacción, se debe encontrar un punto donde las líneas mas tenues de la diana están a mitad de camino entre las mas brillantes. Realizar una medición.

4. Poniendo especial cuidado en girar el tornillo del Micrómetro en la misma dirección, se avanza el Micrómetro hasta que se alcanza el siguiente punto en el cual, las líneas mas tenues de la diana están de nuevo a medio camino. Realizar otra medición.

5. Usando el hecho de que un conjunto de franjas se ha avanzado un orden completo comparado con el otro conjunto, se puede calcular la separación de longitudes de ondas.

Doblete del Sodio con Fabry-Perot

A medida que se ajusta el Micrómetro para aumentar el espacio entre los espejos, cambia su apariencia fusionándose las franjas. Si se avanza el Micrómetro hasta que de nuevo las franjas se vean iguales que las de la foto, entonces el conjunto de franjas ha avanzado un orden completo respecto del otro conjunto. Esto permite el cálculo de la diferencia de longitudes de onda.

Optimización de las Franjas H/D

La medición del doblete de H/D es una tarea difícil, y requiere un interferómetro de Fabry-Perot optimizado. A continuación se exponen los siguientes pasos experimentales útiles.

1. Usar un tubo de espectro con una mezcla de Hidrógeno y Deuterio. Aunque tales tubos no deben dejarse con la máxima intensidad durante largos periodos, será muy útil que tengan el máximo brillo durante las mediciones. Será una buena ayuda oscurecer tanto como sea posible la habitación.

2. El uso de una pieza de cristal esmerilado fijada al espejo mas cercano al tubo de espectro, difuminará la luz y ayudará a que las franjas sean mas visibles. Sin el cristal esmerilado se tiende a ver la forma del tubo de espectro y es mas difícil ver las franjas.

3. Usar el filtro de interferencia que está centrado en la línea roja del hidrógeno para eliminar otras luces. Se puede montar sobre una varilla roscada.

Doblete H/D

A primera vista parecería que el hidrógeno y deuterio tendrían espectros idénticos, ya que los niveles de energía están determinados por la fuerza electromagnética, y no parece depender de la masa nuclear. Sin embargo hay un ligero efecto, debido al hecho de que el núcleo sobre el que orbita los electrones no es una masa infinita. El modelo atómico de Bohr, predice que las transiciones se producen por la transición de electrones entre los niveles de energía, dando lugar a longitudes de onda:

donde m es la masa del electrón. Sin embargo puesto que el núcleo tiene una masa finita, esto debería sustituirse por la masa reducida:

Recolectar Datos de Dobletes

Cuando en la luz incidente sobre los espejos Fabrey-Perot, hay dos dobletes muy próximos entre sí, el patrón de interferencia será una superposición de dos patrones de interferencias. Si se observa este patrón, mientras se avanza el tornillo micrométrico para mover uno de los espejos, se puede encontrar una posición en la que los anillos debido a la línea más débil, estará a medio camino entre los de las líneas más fuertes.

El procedimiento es:
1. Encontrar una posición d1 donde un conjunto de franjas estén a medio camino dentro del otro conjunto.
2. Avanzar el tornillo del Micrómetro hasta que el patrón de franjas anterior, vuelve aparecer y medir la distancia d2.
3. La diferencia entre las distancias es el cambio necesario en el espaciamiento de los espejos, para avanzar el patrón de interferencia de una de las líneas, una longitud de onda entera con respecto a la otra línea, y se puede usar para calcular la separación del doblete, siempre y cuando se sepa el centro o la longitud de onda promedio del doblete.

Preparación de los Espejos

El par de espejos que forman el interferómetro ajustable de Fabry-Perot están montados sobre bases magnéticas separadas, que a su vez están montadas sobre una placa de acero de gran tamaño. Se debe tener cuidado para no golpear los espejos entre sí. Un procedimiento razonable es el siguiente:

1. Fijar uno de los espejos sobre la placa de acero, usando para ello su base magnética.
2. Colocar el segundo espejo sobre la placa y deslizarlo cerca del primer espejo, posicionándolo a su frente y con cuidado para no golpearlo.
3. Uno de los soportes de espejos, tiene un Micrómetro de ajuste. Colocar la fuente de luz en el lado opuesto del espejo sin Micrómetro.
4. Realizar el ajuste para el paralelismo de espejos.
5. Una vez que los espejos están paralelos, utilizando el tornillo del Micrómetro se pueden aproximar cuidadosamente.

Paralelismo de Espejos

Una vez que se ha realizado la preparación de espejos del interferómetro de Fabry-Perot, ajustar los espejos para que estén paralelos, mediante el siguiente procedimiento:

1. Colocar un láser de Helio-Neón conectado a una toma de laboratorio, de modo que incida sobre el par de espejos alumbrando desde el lado opuesto al Micrómetro de ajuste.

2. Girar los tornillos de ajuste hasta que se vea un solo punto de luz saliendo de los espejos. Esto sucede solamente cuando los espejos están paralelos.

Cuando los espejos no están paralelos, se ve una serie de puntos rojos brillantes. A medida que se ajustan los tornillos (dos en cada espejo), se consigue converger los puntos rojos en uno solo. También se ven múltiples puntos rojos de reflexión mucho mas tenues, que permanecerán ahí incluso cuando se haya efectuado el ajuste de paralelismo anteriormente descrito.

Cuidado de los Espejos

Los espejos del interferómetro Fabrey-Perot son espejos semi plateados, ópticamente planos. El rendimiento del interferómetro depende de la calidad óptica de las superficies. Nunca se debe tocar o limpiar con nada excepto con un cepillo de lentes de contacto blandas para quitar el polvo.

Tenga cuidado de no golpear los espejos durante la preparación de espejos. Dejar los espejos separados una distancia conservadora, alinearlos con un láser, y luego acercarlos entre sí mediante el tornillo micrométrico.

Micrómetros y el Problema de la Reacción

Por cada vuelta de la cabeza del tornillo, los Micrómetros normalmente avanzan 0,5 mm. Si esa cabeza está dividida en 50 partes, entonces cada división de la cabeza corresponde a 0,01 mm.

La obtención de medidas precisas con el Micrómetro, requiere que durante la medición, la cabeza solo se mueva en una dirección, puesto que al revertir el movimiento del tornillo, se introduce un error considerable. La reacción en el mecanismo es considerablemente mas grande que 0,01 mm. Ese error que se introduce invirtiendo el giro del tornillo se llama "error de reacción".

La rosca del tornillo del Micrómetro es muy fina y de alta precisión, por lo que debe ser tratada con mucho cuidado. Utilice un par de fuerza suave y constante para hacer girar la cabeza y nunca la fuerce. Incluso un retroceso momentáneo puede introducir un error, así que tenga cuidado de aplicar el par siempre en la misma dirección.