Il fait ses études à Delft, où il rencontre Heike Kamerlingh Onnes, puis à partir de 1885, à l'université de Leyde où il a pour professeur Kamerlingh Onnes et Hendrik Lorentz. En 1890, avant même d'avoir terminé sa thèse, il devient l'assistant de Lorentz. En 1893, il soumet sa thèse de doctorat sur l'effet Kerr[2]. Après avoir obtenu son doctorat, il part pendant six mois à l'institut de Friedrich Kohlrausch à l'université de Strasbourg. En 1895, Zeeman devient privatdozent en mathématiques et physique à Leyde. La même année, il épouse Johanna Elisabeth Lebret (1873-1962); avec laquelle il aura trois filles et un fils.
À l'automne 1896, Zeeman découvre nouveau phénomène qu'on appellera bientôt effet Zeeman: les raies spectrales du doublet du sodium semblent s'élargir sous l'influence d'un champ magnétique. L'inspiration de cette expérience lui vient de l'essai raté de Michael Faraday (raconté par James Clerk Maxwell) à réaliser la même expérience. Zeeman décide alors d'essayer à nouveau avec des équipements plus modernes et réussit. Lorenz, après avoir pris connaissance des résultats de Zeeman, développe une théorie qui prédit que l'élargissement est en fait dû à la séparation de la raie spectrale en plusieurs composantes ayant des polarisations spécifiques. La théorie de Lorentz, basée sur l’hypothèse de l'existence de particules vibrantes chargées à l’intérieur des atomes, est le premier indice prouvant l'existence d'une nouvelle particule chargée, connue plus tard sous le nom d’électron. Zeeman doit partir de Leyde car il accepte une offre de travail à l'université d'Amsterdam (il y sera officiellement professeur en 1900), mais il peut confirmer expérimentalement les conclusions de Lorentz[3],[4].
Zeeman reste à Amsterdam jusqu'à sa retraite en 1935.
Après avoir travaillé sur des sujets connexes à l'effet Zeeman, comme la double réfraction magnétique et la rotation du plan de polarisation dans un champ magnétique, il applique ses talents à la relativité expérimentale: il répète d'abord l'expérience de Fizeau avec une précision sans précédent, confirmant la prédiction de la relativité restreinte pour la vitesse de la lumière dans les milieux en mouvement (en particulier l'apparition d'un terme de dispersion dans l'expression de la vitesse de la lumière)[6]. Quelques années plus tard, il étudie l'égalité des masses gravitationnelles et inertielles pour les matériaux anisotropes et radioactifs, à l'aide d'une balance de torsion très sensible. Vers la fin de sa carrière, il tente d'observer l'effet Doppler transverse et s'implique dans la physique nucléaire grâce à ses recherches sur la structure hyperfine des raies spectrales.
↑ (en) A. J. Kox, «The discovery of the electron: II. The Zeeman effect», European Journal of Physics, vol.18, (lire en ligne, consulté le )
↑ (en) «in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism upon radiation phenomena»in Personnel de rédaction, «The Nobel Prize in Physics 1902», Fondation Nobel, 2010. Consulté le 22 juin 2010
↑ Pieter Zeeman, «Fresnel's coefficient for light of different colours. (Second part)», Royal Netherlands Academy of Art and Sciences, Proceedings, vol.18, noI, , p.398–408 (lire en ligne)
(en)Biographie sur le site de la fondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate —le Nobel Lecture— qui détaille ses apports)
