11. L’effet Zeeman

De l’hydrogène très chaud émet une série de raies spectrales qui résultent des sauts quantiques des électrons redescendant d’un niveau d’énergie élevé à un niveau inférieur, ce qui les refroidit. Chaque raie du spectre de l’hydrogène représente un saut particulier, la différence d’énergie entre les deux niveaux étant convertie en un rayonnement qui a la fréquence correspondante.
Lorsqu’un électron redescend du deuxième niveau de l’atome d’hydrogène au premier, il émet de la lumière dont la longueur d’onde est égale à 121 nanomètres (un nanomètre – nm – est égal à un milliardième de mètre), c’est-à-dire située dans la partie ultraviolette du spectre. Un électron passant du troisième niveau au premier émet une lumière de plus haute énergie et sa longueur d’onde, plus courte, est égale à 103 nm. Pour un saut du quatrième niveau au premier, la longueur d’onde est de 97 nm. Comme les orbitales se rapprochent à mesure qu’elles s’écartent du noyau, les différences d’énergie sont de plus en plus petites, et les raies sont très serrées dans l’extrémité bleue du spectre.
L’ensemble des raies spectrales résultant des transitions des électrons vers un niveau donné est une « série ». Pour l’hydrogène, l’atome le plus simple et le plus abondant dans l’Univers, les premières séries portent des noms de scientifiques. Ainsi, la série de transition vers le premier niveau est la série de Lyman, d’après Theodore Lyman, qui la découvrit entre 1906 et 1914. La première raie spectrale (transition du niveau 2 vers le niveau 1) est dite Lyman-alpha, la deuxième (du 3 vers le 1) Lyman-bêta, etc…