Hij studeerde wis- en natuurkunde te Leiden. Hij werd in 1894 privaatdocent aldaar en vervolgens lector (1896), buitengewoon (1900) en gewoon hoogleraar (1908) aan de universiteit van Amsterdam. Hij ontdekte in 1896 het naar hem genoemde effect (zie onder) en deed ook later met zijn leerlingen vele nauwkeurige en fundamentele onderzoekingen. o.a. over de meesleping van het licht door bewegende vaste stoffen en over de gelijkheid van zware en trage massa. Zo steunde hij door zijn experimenteel onderzoek de theorieën over licht en elektriciteit van H. A. Lorentz, tezamen met wie hij in 1902 de Nobelprijs voor natuurkunde ontving voor hun onderzoekingen over de invloed van magnetisme op stralingsverschijnselen

Werk: Metingen Over Het Verschijnsel van Kerr bij polaire Terugkaatsingen op ijzer kobalt en nikkel (1893 disc) Researches in magneto-optics (1913, Duitse vert. 1914) Magnetische Zerlegung der Spektrallinien in Handbuch der Radiol vr (1914); idem inGehrke’s Handb. der physik. Optik (1927) m. T L.de Bruim)

LITT.: J.E.van der WAALS ir. Levenbericht v. P. Zeeman, In: Jaarb. Kon. Ned. Akad. v. Wetensch. (1943/1944); Ned. Tijdschr. v. Natuurk., jg. 10 (1943) blz. 345.


Zeemaneffect Dit is een in 1896 door Zeeman te Leiden waargenomen magneto-optisch verschijnsel, n.l. de invloed van een magnetisch veld op de uitzending van spectraallijnen. Zeeman ontdekte dat een spectraallijn, afkomstig van een natriumvlam, gesplitst werd in meer lijnen als de vlam tussen de poolschoenen van een elektromagneet werd geplaatst. Ook in absorptiespectra treedt het effect op als de absorberende stof zich in een magneetveld bevindt. De oorzaak van het zeemaneffect moet gezocht worden in veranderingen die het magneetveld teweegbrengt in de structuur van de atomen en ionen die de straling uitzenden of opnemen.

Fenomenologisch onderscheidt men het normale en het anomale zeemaneffect. Bij waarneming in een richting loodrecht op het magnetische veld is het normale zeemaneffect de splitsing van een enkele spectraallijn in drie spectraallijnen ‘tripletsplitsing’ De middelste lijn staat op de plaats van de oorspronkelijke spectraallijn. De andere twee op gelijke afstand ervan. Om de vlam in de richting der magnetische veldlijnen te bekijken, doorboort men de elektromagneet in zijn lengterichting. Dan ziet men hij het normale effect de oorspronkelijke lijn in twee lijnen gesplitst, die symmetrisch ten opzichte van de oorspronkelijke zijn gelegen ('doubletsplitsing) De gesplitste lijnen zijn verschillend gepolariseerd. De drie lijnen van het zeemantriplet zijn lineair gepolariseerd. Bij de middelste lijn trilt de elektrische vector evenwijdig aan het magnetische veld bij de andere twee loodrecht op het magnetische veld. De twee lijnen van de doubletsplitsing zijn circulair gepolariseerd in tegengestelde richtingen, in een vlak loodrecht op het magnetische veld.

Het anomale zeemaneffect is een fijnere splitsing van een spectraallijn in lmeer dan drie lijnen. Het normale effect komt bij niet te sterke magneetvelden, alleen voor bij oorpronkelijke singuletlijnen. In dat geval treedt hij het anomale effect op. Zo splitst volgens nauwkeurige, loodrechte waarnemingen de D1 lijn van natrium zich eigenlijk in vier lijnen en de D² lijn in zes lijnen. De veelvuldigheid der splitsing hangt samen met de multipletstructuur.

De grootte van de splitsingen drukt men uit in het verschil in frequentie (Δf) of in golflengte (Δλ) met de oorspronkelijke lijn Het verschil Δf is evenredig aan de sterkte B van het magnetische veld. Magneetvelden die een normaal zeemaneffect leveren met Δλ van de orde van 100 picometer, geven anomale e effecten met Δλ van de orde van 10 pm.

Als het magneetveld zeer sterk wordt, gaat het anomale zeemaneffect over in het normale; deze overgang wordt het paschen back effect genoemd Zeeman heeft zijn eerste waarnemingen met een sterk magnetisch veld gedaan, waardoor hij bij natrium toch een triplet waarnam. De onderzoekingen over het zeemaneffect zijn belangrijk, omdat zij inlichtingen verschaffen over de bouw van de materie.

Uit Zeemans ontdekking kon Lorentz direct concluderen dat de lichtemissie van atomen veroorzaakt wordt door periodiek bewegende deeltjes binnen het atoomverband, die een negatieve lading moesten hebben. Ook kon hij een waarde voor het quotiënt lading – massa = e/m van deze deeltjes afleiden. Deze gegevens vormden een grondslag voor dfe elektronen theorie.

Voor het atoommodel van Bohr noodzaakte het zeemaneffect tot de invoering van de ruimtelijke quantisering. Het zeemaneffect berust er n.l. op dat het magneetveld stationaire toestanden van het atoom, die buiten het magneetveld gelijke energie hebben, op verschillende energieën brengt. Het magneetveld splitst dus één energietoestand van het atoom in meer energietoestanden. Daardoor ontstaan nieuwe overgangs-mogelijkheden tussen de energietoestandrn, hetgeen zich in het zeemaneffect manifesteert. De magnetische energieën, die men voor deze splitsing der toestanden in rekening moet brengen, hangen af van de ruimtelijke ligging van deze toestanden, Men karakteriseert deze nieuwe verschillen door de waarden van het quantumgetal m

Het zeemaneffect leert de grootte en de hoedanigheid van de splitsing der energietoestanden door het magneetveld kennen.

Gecombineerd met de onderzoekingen over de multiplet heeft het geleid tot de invoering van het vectormodel voor het atoom. Het gelukte niet de waargenomen splitsing der energie-toestanden te verklaren alleen uit de magnetische werking op de baan van het elektron. Een volledige verklaring van de gegevens van het zeemaneffect kwam pas in 1924 door de veronderstelling van Goudsmit en Uhlenbeck dat een elektron, behalve een elementaire elektrische lading, ook een elementair magnetisch moment moest hebben. Met dit magnetisch moment hing een vierde quantumgetal voor het elektron, een ‘spinwaarde', samen. In 1930 vonden Back en Goudsmit dat het zeemaneffect niet alleen van de elektronenstructuur van een atoom afhangt, maar ook van zijn atoomkern. Daarom moet ook aan de atoomkern een magnetisch moment worden toegekend.

In de sterrenkunde concludeert men uit de zeemaneffecten die in het licht van de zon en van sterren zijn waargenomen, tot het bestaan van magneetvelden op hemellichamen Een zeeman-splitsing die een nieuw veld van sterrenkundig onderzoek heeft geopend is de waarneming van de 21cm-lijn geweest, in het radiogolfgebied. Zij ontstaat in neutrale waterstof. De grondtoestand ervan is in twee niveaus gesplitst door de magnetische wisselwerking tussen de spins van de kern en het elektron van een waterstofatoom.