Выше было установлено, что у парамагнитного атома в магнитном поле каждый уровень с квантовым числом $J$ расщепляется на $2 J+1$ подуровней (число возможных $m_{J}$ ). Пря этом интервал между соседними подуровнями, как следует из (7.12), равен $\delta E=\mu_{\mathrm{B}} g B$, ибо $\left|\delta m_{J}\right|=1$.

Если на атом, находящийся в таком состоянии, направить электромагнитную волну с частотой $\omega$, удовлетворяющей условию
\[
\hbar \omega=\delta E=\mu_{\mathrm{B}} g B,
\]

то под действием магнитной составляющей падающей волны в согласии с правилом отбора (7.13) будут происходить переходы атома между соседними подуровнями, принадлежащими одному и тому же уровню. Это явление, связанное с вынужденными переходами, впервые наблюдал Е.К. Завойский (1944). Оно и получило название электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в связи с тем, что имеет резонансный характер: переходы возникают при строго определенной частоте падающей волны.

Оценим с помощью (7.19) резонансную частоту $v$ при типичной для лабораторных условий индукции магнитного поля $B=10^{4}$ Гс (1 Тл). Полагая $\mathrm{g} \sim 1$, получим:
\[
v=\frac{\omega}{2 \pi}=\frac{\mu_{\mathrm{B}} B}{2 \pi \hbar} \approx 10^{10} \Gamma \mathrm{ц},
\]

что соответствует длине волны порядка нескольких сантиметров. Значит, резонансные частоты находятся в радиодиапазоне. Их называют СВЧ.

Необходимо заметить, что при резонансе энергия передается не только от поля к атому, но и в обратном направлении – при переходе атома с более высоких зеемановских подуровней на более низкие. Однако при тепловом равновесии число атомов с меньшей энергией превышает число атомов с большей энергией. Поэтому переходы, увеличивающие энергию атомов, преобладают над переходами в обратном направлении. Так что в результате парамагнетик поглощает энергию радиочастотного поля и нагревается.

Эксперименты с ЭПР дают возможность из условия резонанса (7.19) определить одну из величин – $g, B$, $\omega_{\text {рез }}$ – по известным остальным величинам. Например, измерив с высокой точностью индукцию поля $B$ и $\omega_{\text {рез }}$, с помощью ЭПР можно найти
* Отметим, что сначала наблюдался ядерный магнитный резонанс, Раби (1938).

значение $g$, а затем и магнитный момент атома в состоянии с квантовым числом $J$.

В жидкостях и кристаллах атомы не являются изолированными, так как взаимодействуют с другими атомами. Это взаимодействие приводит к тому, что интервалы между соседними подуровнями зеемановского расщедления оказываются различными, и линии ЭПР имеют конечную ширину.

Для исследований ЭПР применяют приборы, называемые $р a$ диоспектроскопами. В них частота $\omega$ поддерживается постоянной, а изменяется в широких пределах индукция магнитного поля $B$, создаваемого электромагнитом NS (рис. 7.7).
Небольшой образец $A$ помещают в объемный резонатор $R$, настроенный на длину волны $\lambda \sim 3$ см. Радиоволны такой длины, создаваемые генератором $\Gamma$, подводятся к резонатору $R$ че-
Рис. 7.7 рез волновод $V$ (трубку с проводящими стенками). После частичного поглощения в образце $A$ они поступают тоже через волновод $V$ на детектор $D$.

В ходе эксперимента плавно изменяется магнитное поле, создаваемое электромагнитом. При значении индукции $B$, удовлетворяющем условию (7.19), наблюдается интенсивное (резонансное) поглощение волны образцом.

Следует отметить, что ЭПР – это один из самых простых, но не единственный метод радиоспектроскопии, которая позволяет раскрывать многие тонкие особенности строения вещества. Для радиоспектроскопических методов характерна весьма высокая разрешающая способность, в сотни тысяч раз превышающая разрешающую способность оптических методов.