¿Por qué el efecto Stark se descubrió mucho más tarde que el efecto Zeeman?

Esto es difícil de responder de manera concluyente, pero se siente como una coincidencia histórica, junto con el hecho de que es un poco más difícil usar campos eléctricos fuertes en un tubo de descarga sin que los electrodos produzcan chispas. Algunos puntos a tener en cuenta:

• El efecto Stark se descubrió después del efecto Zeeman, pero no mucho después: el efecto Zeeman en 1897 y el efecto Stark en 1913, solo 16 años después. Esto es mucho tiempo si los dos efectos son igualmente fáciles de descubrir, pero en términos absolutos no es realmente tanto tiempo.

• El descubrimiento del efecto Zeeman habría llevado a la comunidad a buscar un efecto eléctrico, y parece que lo hizo. Se sabía que la luz era electromagnética, por lo que su interacción con la materia debe ser de carácter electromagnético. Si los campos magnéticos pueden influir en esa interacción, seguramente los campos eléctricos también pueden hacerlo.

• Sin embargo, los fundamentos conceptuales y teóricos para solidificar esta intuición fueron muy inestables durante esos 16 años. El modelo de Bohr del átomo se publicó aproximadamente al mismo tiempo que Stark publicó sus hallazgos, y antes de eso, teníamos muy poca idea de las estructuras en la materia que eran responsables de las líneas espectrales, y mucho menos de cómo responderían a las perturbaciones.

  Esto significa que para sus predicciones, Voigt tuvo que modelar el átomo como un oscilador anarmónico, que no es un gran modelo. En particular, necesitas adivinar cuál es la escala de los términos anarmónicos, con muy poco para guiarte. Entonces, esto lo coloca en una situación en la que sospecha firmemente que existe el efecto, pero tiene muy poca idea de qué tan fuerte es, y ese no es un buen lugar para estar, porque es difícil saber si será medible con los instrumentos que usa. tiene disponible, y si no lo está viendo porque lo está haciendo mal o porque es mucho más débil de lo que puede detectar.

• Tanto Stark como Zeeman tuvieron suerte en la elección del gas, ya que tanto el sodio como el hidrógeno tienen una fuerte respuesta a los efectos de Zeeman y Stark, respectivamente. Si Zeeman no hubiera tenido suerte, es difícil descartar un descubrimiento de los efectos eléctricos antes que los magnéticos: el lapso de tiempo es realmente bastante corto. Dicho esto, probablemente probaron una serie de gases diferentes en el período previo a sus experimentos exitosos.

• Zeeman se vio impulsado a intentar (nuevamente) los experimentos de campo magnético por el hecho de que Faraday también los había probado antes, lo que expresó con bastante elocuencia como

  vale la pena repetir los experimentos, con resultados negativos, realizados por grandes científicos del pasado, utilizando peores instrumentos que los disponibles actualmente.*

  Si Faraday pensaba que el magnetismo podía influir en las interacciones luz-materia, estoy seguro de que también sospechaba de los campos eléctricos de la misma. Si Zeeman hubiera estado leyendo esos pasajes en su lugar, ¿habría perseverado hasta un descubrimiento?

Varias de estas preguntas son casi imposibles de responder, pero plantean una realidad alternativa en la que, por alguna razón, el efecto Stark (más difícil) se detecta antes que la división del campo magnético (más fácil), y no es tan loco llegar allí.

Sin embargo, lo que es más importante, los campos eléctricos que Stark necesitaba para detectar una división de línea eran , de hecho, muy altos y difíciles de producir. Stark necesitaba producir nuevos tubos de descarga con electrodos especiales para maximizar el campo eléctrico que podía aplicar sin que el tubo generara chispas, llegando a unos diez mil voltios por centímetro.** (Zeeman, por otro lado, parece haber trabajado en una llama abierta .) Esta carga adicional, sin la certeza de que lograría campos lo suficientemente altos como para producir divisiones, fue suficiente para que necesitara hacer otros experimentos mientras tanto... y el descubrimiento tomó mucho más tiempo para lograrlo.

En estas condiciones, entonces, un retraso de 16 años entre los dos efectos me parece bastante razonable.

Referencias, ambas muy legibles:

1. Un descubrimiento simultáneo: el caso de Johannes Stark y Antonino Lo Surdo. M. Leona et al. física Perspectiva. 6 no. 3, pág. 271 (2004)

2. El descubrimiento del electrón: II. El efecto Zeeman. AJ Kox. EUR. J. física. 18 núm. 3, pág. 139 (1997) .

Con hat tip a StarDrop9 por el segundo.

^{* Sin embargo, para atenuar esto, también parece haber escrito "Uno no debe comunicar a otros ideas que aún no se han elaborado, planes que aún no se han llevado a cabo, experimentos que aún no se han realizado", lo cual es una visión válida pero algo mezquina de la ciencia.}

^{** Es difícil comparar las magnitudes de los campos eléctricos y magnéticos, pero como señala Michael Seifert, las divisiones lineales son del orden de$\mu_BB$y$ea_0E$, por lo que el campo magnético que produce el mismo desdoblamiento que un campo eléctrico$E$es del orden de$B\sim E/2\alpha c$. Para$E\approx10 \:\mathrm{kV}/\mathrm{cm}$, el campo magnético equivalente es$B\approx1\:\mathrm T$, que definitivamente es mucho más fuerte que lo que sea que haya usado Zeeman.}

El descubrimiento del electrón: II. El efecto Zeeman

http://dare.uva.nl/document/2/2775

"La teoría de Lorentz se basaba en la suposición de la existencia de partículas vibrantes cargadas dentro de los átomos. El descubrimiento de Zeeman, junto con la teoría de Lorentz, fueron los primeros indicios de la existencia de una nueva partícula cargada, más tarde conocida como electrón".

Quizás ya que el efecto Zeeman ayudó a dar lugar al descubrimiento del electrón. Y luego sigue, una mejor comprensión del átomo a su vez daría lugar a una mejor comprensión y la implementación de la investigación para probar el efecto Stark. Camino conducido a camino.

Además de una comprensión más completa del átomo, es decir, la existencia del electrón. Tengo que estar de acuerdo con una publicación anterior de Yess en la que los experimentadores anteriores tenían dificultades para mantener los 100 000 voltios por centímetro durante un período prolongado de tiempo necesario para completar las pruebas de división de líneas espectrales de Stark.