При анализе спектров щелочных металлов с помощью спектроскопических приборов обнаруживается, что каждая из линий излучения в действительности расщепления на две линии, т. е. Является дублетом. Расщепление имеет ярко выраженные закономерности:
А) у линии главной серии расщепление не является постоянным, а меняется от линии к линии;
Б) у линии диффузной серии расщепление одинаково у всех линий;
В) у линии резкой серии расщепление также одинаково.
Наличие расщепление у линии показывает, что энергия уровней зависит не только от главного квантового n и орбитального l чисел, но и от некоторой величины, которой несколько изменяет энергию уровней. Ясно, что это изменение энергии уровней имеет порядок энергии расщепления линии, которые очень мала. Поэтому этот дополнительный фактор дает небольшую поправку к энергии. Можно сказать, что электрон имеет некоторую дополнительную степень свободы, которая сказывается на излучении. Пришлось допустить, что электрон обладает собственным механическим моментом импульса, называется спином электрона. Кроме спина электрон также обладает магнитным моментом.
Очевидно, что переходы с близко расположенных друг к другу уровней p на один и тот же уровень s дают две близко расположенные линии излучения, т. е. Дуплет. Расщепление различных уровней p различно; следовательно, расщепление различных дуплетов главной серии щелочных металлов также различно, что и наблюдается в эксперименте.
Дуплетный характер линий спектра излучения щелочных металлов и водорода объясняется наличием у электрона магнитного магнитного момента, или, что то же самое, спин-орбитальным взаимодействием. Вторым фактором являются релятивистские эффекты.