પાશ્ચન-બેક અસર

પાશ્ચન-બેક અસર : ઇલેક્ટ્રૉનના કોણીય અને પ્રચક્રણ વડે વેગમાનના સદિશોની પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરીમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાને અનુલક્ષીને શક્ય એવી જુદી જુદી દિશાઓ ધારણ કરવાની ઘટના. પાશ્ચન અને બેક નામના વૈજ્ઞાનિકોએ 1912માં પ્રાયોગિક રીતે દર્શાવ્યું કે નબળા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ઝીમન વર્ણપટની ગમે તે બહુમુખી ભાત (multiplet pattern) હોય, પરંતુ ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા પૂરતા પ્રમાણમાં વધારતાં વર્ણપટ સામાન્ય ઝીમન અસરને અનુરૂપ ત્રિરેખીય (triplet) વર્ણપટમાં રૂપાંતર પામે છે. વર્ણપટ- રેખાઓમાં થતો ઘટાડો કેટલીક રેખાઓ એકબીજામાં જોડાવાને કારણે અથવા કેટલીક રેખાઓ અદૃશ્ય થવાને કારણે હોય છે. આ ઘટનાને પાશ્ચન-બેક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

વર્ણપટ-રેખાઓ આપતા પ્રકાશના ઉદભવસ્થાનને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકતાં વર્ણપટ-રેખાઓનું મૂળ રેખાની આસપાસ દ્વિરેખા (doublet), ત્રિરેખા (triplet) અને કેટલીક વાર અસંખ્ય રેખા(multiplet) રૂપે વિઘટન થાય છે, જે ઝીમન અસર તરીકે ઓળખાય છે. ઝીમન અસર બે પ્રકારની મળે છે : (1) વિસંગત (anomalous) ઝીમન અસર; (2) સામાન્ય (normal) ઝીમન અસર. દા.ત., સોડિયમના સૂક્ષ્મ વર્ણપટમાં બે રેખાઓ D₁ ( λ = 5890Å) અને D₂ (λ = 5896Å) મળે છે.

સાપેક્ષ રીતે નબળા (30000 ગૉસ કરતાં ઓછી તીવ્રતાવાળા) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં D₁ રેખાનું ચાર રેખાઓમાં અને D₂ રેખાનું છ રેખાઓમાં વિઘટન થાય છે. આ ઘટના વિસંગત ઝીમન અસર તરીકે ઓળખાય છે. પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ક્ષેત્રને સમાંતર દિશામાંથી અને લંબ દિશામાંથી નિરીક્ષણ કરતાં વર્ણપટ અનુક્રમે દ્વિરેખા અને ત્રિરેખામાં મળે છે. આ ઘટના સામાન્ય ઝીમન અસર તરીકે ઓળખાય છે. લિથિયમ, મર્ક્યુરી વગેરેના વર્ણપટો પણ ઝીમન અસર દર્શાવે છે.

લૉરેન્ટ્ઝે પ્રશિષ્ટવાદ (classical theory) અને ડિબાયે સદિશ પરમાણુ મૉડલના આધારે સામાન્ય ઝીમન અસરની સમજૂતી આપી, જેમાં ઇલેક્ટ્રૉન સ્પિનનો ખ્યાલ ગણતરીમાં લેવામાં આવતો નથી. ઇલેક્ટ્રૉનના કક્ષીય કોણીય વેગમાન , સ્પિન કોણીય વેગમાન કુલ કોણીય વેગમાન   અને અને વચ્ચેની સંલગ્નતા (coupling) ગણતરીમાં લઈ વિસંગત ઝીમન અસરની સમજૂતી આપવામાં આવી.

પરમાણુ પર બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગાડતાં તેના ઘટક સદિશોનાં પરિભ્રમણો(precessions)નો પ્રકાર બાહ્ય ક્ષેત્રની તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે. જો બાહ્ય ક્ષેત્ર પરમાણુના આંતરચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાની અપેક્ષાએ નાનું હોય તો અને ની સંલગ્નતા અકબંધ જળવાઈ રહે છે (વિસંગત ઝીમન અસર); પરંતુ જો બાહ્ય ક્ષેત્રની તીવ્રતા આંતરક્ષેત્રની તીવ્રતા કરતાં ઘણી વધારે હોય તો  અને ની સંલગ્નતા તૂટી જાય છે. પરિણામે  તેનું મહત્વ ગુમાવે છે અને તેથી આકૃતિ(1)માં દર્શાવ્યા મુજબ અને નું સ્વતંત્ર પરિભ્રમણ ગણતરીમાં લેવું જરૂરી બને છે.

બાહ્ય ક્ષેત્રની હાજરીમાં ઊર્જામાં થતો ફેરફાર બે ભાગમાં મળે છે : (1) Bની આસપાસ ના પરિભ્રમણને લીધે. (2) Bની આસપાસ ના પરિભ્રમણને લીધે.

(M_L + 2M_S)ને તીવ્રક્ષેત્ર ક્વૉન્ટમ અંક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

પાશ્ચન-બેક અસર સ્પષ્ટ રીતે સમજવા માટે લિથિયમ વર્ણપટની મુખ્ય શ્રેણીનો વિચાર કરવો પડે છે. સોડિયમ વર્ણપટની માફક આ શ્રેણી દ્વિરેખા(doublet)ની બનેલી હોય છે, જે રેખાઓ ઇલેક્ટ્રૉનના સંક્રમણ(transition)ને આભારી છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં P સ્થિતિ માટે  લેતાં  અને લેવલ મળે છે, પરંતુ પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં L-S સંલગ્નતા તૂટી જતાં અને લેવલ અર્થહીન બને છે. તીવ્રક્ષેત્ર ક્વૉન્ટમ અંક (M_L + 2M_S) ગણતરીમાં લેતાં સારણી 1માં દર્શાવ્યા મુજબ P-સ્થિતિ પાંચ ઘટકોમાં અને S-સ્થિતિ બે ઘટકોમાં મળે છે.

સારણી 1

 P-સ્થિતિના પાંચ ઘટકો અને S-સ્થિતિના બે ઘટકો વચ્ચે આકૃતિ 2માં દર્શાવ્યા મુજબ દસ સંક્રમણ (transition) શક્ય છે.

પસંદગી નિયમ (selection rule) Δ (M_L + 2M_S) = 0, ± 1 અનુસાર ત્રૂટક રેખાઓ વડે દર્શાવેલાં સંક્રમણો શક્ય નથી. બાકીનાં છ શક્ય સંક્રમણોમાં a અને a’, b અને b’ અને c અને c’ સંક્રમણો માટે Δ (M_L + 2M_S)નાં મૂલ્યો અનુક્રમે +1, 0 અને -1 મળે છે. વળી, a અને a’, b અને b’ તથા c અને c’ સંક્રમણોનું જોડાણ થતાં વર્ણપટ ત્રિરેખીય મળે છે, જે પાશ્ચન-બેક અસરનું નિર્દેશન કરે છે. આમ ઝીમન અસર અને પાશ્ચન-બેક અસર પરમાણુના વર્ણપટીય (spectroscopic) અને ચુંબકીય ગુણધર્મો વચ્ચે સંબંધ પ્રસ્થાપિત કરે છે.

શશીધર ગોપેશ્વર ત્રિવેદી