Pieter Zeeman — nederländsk fysiker, Nobelpris och Zeemaneffekten

Upptäck Pieter Zeeman — nederländsk fysiker bakom Zeemaneffekten. Läs om Nobelpriset 1902, hans banbrytande forskning och betydelsen för magnetisk spektralanalys.

Pieter Zeeman (25 maj 1865 - 9 oktober 1943) var en nederländsk fysiker. År 1902 tilldelades han Nobelpriset i fysik tillsammans med Hendrik Lorentz för upptäckten och den teoretiska förklaringen av Zeemaneffekten.

Biografi

Pieter Zeeman föddes den 25 maj 1865 och verkade som forskare och lärare under slutet av 1800‑talet och början av 1900‑talet. Han utbildade sig i fysik och arbetade tidigt med experimentell forskning. Zeeman var verksam vid flera nederländska universitet och laboratorier, där han kombinerade noggranna experimentella observationer med teoretiska tolkningar i samarbete med samtida teoretiker.

Zeemaneffekten

Zeemaneffekten är fenomenet att spektrallinjer från atomer eller joner delas upp i flera komponenter när ljuset avges i ett magnetfält. Pieter Zeeman upptäckte detta experimentellt genom att använda starka magnetfält och spektroskopiska mätningar, vilket visade att magnetfält påverkar de emitterade eller absorberade frekvenserna från elektroner i atomer.

Effekten kan beskrivas i två huvudvarianter:

• Normal Zeemaneffekt: En enkel uppdelning som i många fall kan förstås med klassisk resonansoscillatorteori och förklarades tidigt i termer av laddade partiklar som påverkas av magnetfält.
• Anomal Zeemaneffekt: Mer komplicerade mönster i spektrallinjerna som inte fullt ut kunde förklaras klassiskt och senare krävde kvantmekaniska begrepp som elektronens spinn och finstrukturinteraktioner för en fullständig beskrivning.

Zeemaneffekten har stor betydelse inom spektroskopi och astrofysik: genom att studera uppdelningen av spektrallinjer kan forskare bestämma magnetfältens styrka och riktning i till exempel stjärnors atmosfärer och solens fläckar.

Nobelpris och betydelse

För upptäckten av denna effekt och dess teoretiska tolkning delade Zeeman och Hendrik Lorentz Nobelpriset i fysik 1902. Zeemans experiment gav viktig empirisk stöd åt teorier om elektroner och elektromagnetiska krafter, och samarbetet mellan experiment och teori visade hur experimentella fynd kunde leda till fördjupad förståelse av atomernas struktur—en viktig pusselbit på vägen mot kvantmekaniken.

Eftermäle och tillämpningar

Zeemaneffekten är idag ett grundläggande verktyg inom modern fysik och astronomi. Den används bland annat för:

• Bestämning av magnetfält i laboratorieexperiment och i rymden.
• Precisionsspektroskopi som hjälper till att undersöka atomära och molekylära strukturer.
• Tekniker inom optisk och atomfysik, inklusive metoder för att manipulera och studera kvanttillstånd.

Pieter Zeeman hedras genom att effekten bär hans namn och genom att hans arbete fortsätter att påverka både teoretisk och experimentell forskning. Han avled den 9 oktober 1943, men hans upptäckt lever kvar som en viktig del av fysikens verktygslåda.

Utbildning och tidig karriär

Zeeman studerade fysik vid universitetet i Leiden under Kamerlingh Onnes och Hendrik Lorentz. År 1890 blev han Lorentz' assistent innan han hade avslutat sin avhandling. Detta gjorde det möjligt för honom att delta i forskningen om Kerr-effekten. År 1893 lade han fram sin doktorsavhandling om Kerr-effekten, reflektionen av polariserat ljus på en magnetiserad yta. Därefter gick han under sex månader till Friedrich Kohlrauschs institut i Strasbourg. År 1895 kom Zeeman tillbaka från Strasbourg för att undervisa i matematik och fysik i Leiden. Han gifte sig med Johanna Elisabeth Lebret (1873-1962); de fick tre döttrar och en son.

År 1896, strax innan han flyttade från Leiden till Amsterdam, mätte han uppdelningen av spektrallinjer genom ett starkt magnetfält. I denna forskning undersöktes vilken effekt magnetfält skulle ha på en ljuskälla. Han upptäckte att spektrallinjen delas upp i flera delar av magnetfältet. Kamerlingh Onnes berättade för Lorentz om Zeemans observationer lördagen den 31 oktober 1896 vid mötet i Kungliga Nederländska akademin för konst och vetenskap i Amsterdam. Måndagen därpå kallade Lorentz Zeeman till sitt kontor och gav honom en förklaring som byggde på Lorentz teori om elektromagnetisk strålning. Zeemans upptäckt är nu känd som Zeemaneffekten.

Upptäckten var viktig. Den bevisade Lorentz teori om polariseringen av ljus som sänds ut i närvaro av ett magnetfält. Den visade att de oscillerande partiklarna, ljusets källa, var negativt laddade och tusen gånger lättare än väteatomen. Detta var långt före Thomsons upptäckt av elektronen. Zeemaneffekten blev ett viktigt verktyg för att förstå atomens struktur.

 
Ett foto som Zeeman tog av Zeemaneffekten.  

Professor i Amsterdam

Kort efter sin upptäckt erbjöds Zeeman en tjänst som lektor i Amsterdam. År 1900 blev han professor i fysik vid Amsterdams universitet. År 1902 fick han tillsammans med Lorentz Nobelpriset i fysik för upptäckten av Zeemaneffekten. Fem år senare, 1908, efterträdde han Van der Waals som ordinarie professor och direktör för fysikinstitutet i Amsterdam.

Ett nytt laboratorium som byggdes 1923 gjorde det möjligt för Zeeman att fortsätta studera Zeeman-effekten. Laboratoriet döptes om till Zeemanlaboratoriet 1940. Under resten av sin karriär fortsatte han att vara intresserad av forskning inom magneto-optik. Han studerade också ljusets utbredning i rörliga medier. Detta blev viktigt på grund av studierna av den speciella relativitetsteorin, som Lorentz och Einstein intresserade sig mycket för. Senare i sin karriär blev han intresserad av masspektrometri.

Zeeman dog den 9 oktober 1943 i Amsterdam och begravdes i Haarlem.

Einstein besöker Pieter Zeeman i Amsterdam tillsammans med sin vän Ehrenfest (cirka 1920).  

Sök med bokstav