Efecto Paschen-Back

En presencia de un campo magnético externo, los niveles de energía de los átomos se desdoblan. Si el desdoblamiento es pequeño en comparación con la diferencia de energía entre los niveles sin perturbar, es decir, con campos magnéticos suficientemente débiles, este desdoblamiento es bien descrito por el efecto Zeeman. Esto puede ser visualizado con la ayuda de un modelo vectorial sobre momento angular total. Si el campo magnético es suficientemente grande, interrumpe el acoplamiento entre los momentos angular orbital y el de espín, resultando en un patrón de desdoblamiento diferente. Este efecto se conoce como efecto Paschen-Back.

En el caso de campo débil, el modelo de vector a la izquierda, implica que el acoplamiento entre el momento angular orbital L y el momento angular de espín S, es más fuerte que su acoplamiento al campo externo. En este caso donde el acoplamiento espín-órbita es dominante, se pueden visualizar como combinándose para formar un momento angular total J, que luego precede alrededor de la dirección del campo magnético. En el caso de campo fuerte, S y L se acoplan más fuertemente al campo magnético externo que entre sí, y se pueden visualizar como precesiones independientes a la dirección del campo externo.

Para referencia, se reproduce a continuación el efecto Zeeman del sodio, para mostrar la naturaleza de la interacción magnética con los campos magnéticos externos débiles.

Lo siguiente es un modelo de los cambios en el patrón, si el campo magnético fuera lo suficientemente fuerte como para desacoplar L y S. El espectro resultante sería un triplete, con la línea central dos veces la intensidad de las líneas exteriores.

Para crear este patrón, las proyecciones de L y S en la dirección z se han tratado de forma independiente, y el m_s se ha multiplicado por el factor g del espín. El desplazamiento de energía está expresado como un múltiplo del magnetón de Bohr m_B. Las reglas de selección explican por qué están permitidas las transiciones mostradas y otras no.

El sodio se utilizó como base del modelo por conveniencia, pero los campos necesarios para crear las condiciones de Paschen-Back del sodio, son desproporcionadamente altas. El litio, por otra parte, tiene un desdoblamiento espín-órbita de sólo 0,00004 eV en comparación con 0,0021 eV del sodio. Estos valores de energía pequeños, a veces se expresan en "números de onda" ó 1/l en cm^-1. En estas unidades, la separación del litio es de aproximadamente 0,3 cm^-1, y la separación del sodio es aproximadamente 17 cm^-1. Las condiciones Paschen-Back se cumplen en algunos espectros de litio observados en el Sol, por lo que este efecto tiene un significado astronómico.