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Nederlands tijdschrift voor natuurkunde

Koude atomen bieden geen weerstand

R. A. Duine, H. J. van Driel, Henk T. C. Stoof

Published Jan 1, 2010• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Deeltjestransport blijkt zich voor ultrakoude atomaire Bose-gassen radicaal anders te gedragen dan voor normale elektrische geleiders. We bestuderen de wrijvingsweerstand tussen deeltjes met verschillende spin die, net als normale elektrische weerstand, voor gewone geleiders kleiner wordt bij lagere temperatuur. Deze wrijvingsweerstand is voor bosonische atomen spectaculair veel groter vanwege kwantummechanische veel-deeltjeseffecten, en neemt zelfs toe als het systeem kouder wordt. Hierdoor ontstaan nieuwe inzichten in de fundamentele aspecten van ladings- en spintransport. Dat laatste speelt met name een rol in de zogenaamde ‘spintronica’, een vakgebied dat onder meer de iPod mogelijk heeft gemaakt. In dit artikel bespreken we het nieuwe vakgebied van ‘bosonisch transport’, dat analogieën van elektrische geleiding bestudeert met koude bosonische atomen om zo onontgonnen fysische regimes van transport te onderzoeken. De resultaten van ons fundamentele onderzoek zijn onder andere van belang voor het bouwen van ‘atoomtronische’ schakelingen, waarin componenten zoals diodes en transistoren gebaseerd worden op koude atomen in plaats van elektronen.

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Het experiment in de quantum-mechanica

A.J. GROENEWOLD

De reeks van voordrachten waarin dit past gaat in het algemeen over het experiment.Ik zou de nuance iets anders willen leggen : eerder spreken over de waarneming dan over het experiment; de waarneming dan, gezien in het licht van de theorie en in het bijzonder van de quantum-me chanica.Het experiment is nauw verwant met waarneming ; het is een waarneming onder speciale geselecteerde omstandigheden die we goed beheersen en die we eenvoudig uitgezocht hebben om over bepaalde probleemstellingen informatie te krijgen; eenvoudige omstandigheden maar ook eenvoudige objecten.Dit is een van de kenmerken van de natuurkunde temidden van de natuurwetenschappen, dat die zulke eenvoudige objecten van onderzoek gel{ozen he eft, maar daar soms ook diep in is doorgedrongen en zich daarbij weI eens ver van het aanschouwelijke verwij dert.De wiskunde is misschien nog een eenvoudiger vak, maar dat noem ik geen natuurwetenschap.In de geo-fysica daarentegen gaat het om veel grotere hoeveelheden materiaal en daar is de statistische benadering een meer belangrijke rol gaan spelen, zoals ook in de biologie.In de zuivere klassieke natuurkunde speelt de statistiek ook weI een rol en in de quantum-mechanica wordt die rol nog fundamenteler.Maar t.o.v.het experiment onderscheidt de quantum-mechanica zich niet zo fundamenteel van de klassieke natuurkunde.Er zijn in de quantum-mechanica en andere moderne gebieden van de natuurkunde weI bepaalde interessante aspecten aan het experiment; grote verfijning van bepaalde instrumenten en de grote machines die meer en meer nodig zijn en die zo kostelijk worden dat een land dit langzamerhand niet meer kan betalen.(Om sommige experimenten te bekostigen zal meer en meer de samenwerking van alle landen van de wereld nodig zijn).De quantum-mechanica onderscheidt zich echter meer fundamenteel van de klassieke natuurkunde op het vlak van de waarnemingen ; het zal dus interessant zijn wat meer op de functie van de waar-(*) Deze tekst werd geredigeerd door E. Vel'meersch op basis van een bandopname van de lezing die professor Groenewold gehouden heeft in onze voordrachtencyclus.

Philosophica•Jan 2, 1969•0 citations

Met koude elektronen atomen zien bewegen

O.J. Luiten

In december 2007 was dr.ir Jom Luiten een van de gelukkige prijswinnaars van een Vici-subsidie. I-hf kreeg deze prijs voor een onderzoeksvoorstel waarmee hij atomen in actie wilde zien. Ondertussen zljn we een jaar verder en is er dus meer te vertellen over hoe het met het onderzoeksproject staat.

•Jan 1, 2008•0 citations

Effekte bei Ein—Elektron—Atomen

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ZusammenfassungDie Ein-Elektron-Atome sind die überschaubarsten Gebilde der Atomphysik. An ihnen lassen sich daher am einfachsten die Grundmechanismen der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Kern aufzeigen. Ihre Behandlung nimmt daher im Band I Kap.5 einen entsprechend breiten Raum ein. Während dort die Entfaltung des Lehrstoffs jedoch mehr nach didaktischen Gesichtspunkten ausgearbeitet ist, lassen wir uns im vorliegenden Kapitel mehr von physikalischen Merkmalen leiten. Zunächst gehen wir in Abschn.14.1 auf die Eigenschaften des Wasserstoffatoms bzw. der wasserstoffartigen Atome und wegen der Ähnlichkeit der Beschreibung auch auf die exotischen Atome ein. Sodann widmen wir uns in Abschn.14.2 Problemen der Aussendung spontaner und induzierter Strahlung einschließlich ihrer Auswahlregeln und besprechen einige Eigenschaften der ausgesandten Strahlung. Erst in Abschn.14.3 schauen wir uns die Effekte genauer an, die beim Anlegen äußerer elektrischer und magnetischer Felder auftreten. Auch hier konzentrieren wir uns hauptsächlich auf das H-Atom als typisches Beispiel.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 2001•0 citations

Allgemeine Grundlagen der Quantentheorie

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In der vorangebenden Darstellung der Entwicklung statistisch-mechanischer Betrachtungen zur Quantenstatistik sind Atome und Moleküle im allgemeinen ohne Rücksicht auf ihre genauere Konstitution kurzweg als „mechanische“ Gebilde angesehen worden — eine aus der statistischen Mechanik vererbte, veraltete Bezeichnungsweise, in welcher „mechanisch“ der Sache nach aber nur im Sinne von „dynamisch“ aufgefaßt zu werden braucht.246) Wie insbesondere die durch die Namen Lenard und Rutherford gekennzeichneten Untersuchungen über die Zerstreuung von Kathoden- und α-Strahlen beim Durchgang durch die Materie gezeigt haben, muß letztere universell aus elektrisch geladenen Partikeln aufgebaut gedacht werden: Atome und Moleküle sind elektrodynamische Gebilde. Ihre bisher erkannten letzten Bausteine sind (negative) Elektronen und Protonen (positive Elektronen oder Wasserstoffatomionen), wie etwa die Erscheinungen der Vakuumentladung und des lichtelektrischen Effektes, die Radioaktivität und Astons Isotopenforschung, endlich zuletzt und wohl am direktesten die künstliche Atomzertrümmerung von Rutherford und Chadwick, Kirsch und Pettersson dargetan haben.246a) Über die nähere Struktur dieser Bausteine ist gegenwärtig, von willkürlichen und haltlosen Spekulationen (Kugelgestalt usw.) abgesehen, nichts bekannt; dem Experimentator haben sie sich bisher in allen Fällen als praktisch punktförmig wirksame Kraftzentren erwiesen, deren unveränderliche elektrische Ladung als wahre Substanz der Materie erscheint.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1926•1 citation

Optische Detektoren

Harry Paul

ZusammenfassungWährend der Empfang von Rundfunkwellen als ein makroskopischer (und daher in den Zuständigkeitsbereich der klassischen Elektrodynamik fallender) Vorgang anzusehen ist — in einer makroskopischen Antenne wird eine elektrische Spannung induziert, an deren Zustandekommen eine sehr große Anzahl von Elektronen beteiligt ist, die gewissermaßen im Kollektiv der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle folgen —, spielt sich der Nachweis von Licht, was das Elementargeschehen angeht, in mikroskopisch kleinen Gebilden wie Atomen oder Molekülen ab. Ein optischer Detektor wird daher in seiner Wirkungsweise entscheidend durch die Mikrostruktur der Materie bestimmt. Im besonderen ist es (schon wegen der enorm hohen Frequenz des Lichts, die bei etwa 1015 Hz liegt) unmöglich, die elektrische Feldstärke zu messen. Was sich tatsächlich feststellen läßt, ist eine Energieübertragung vom Strahlungsfeld auf einen atomaren Empfänger, woraus sich bestenfalls Rückschlüsse auf die (momentane) Intensität des Lichts ziehen lassen.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1985•0 citations

Optische Detektoren

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Während der Empfang von Rundfunkwellen als ein makroskopischer (und daher in den Zuständigkeitsbereich der klassischen Elektrodynamik fallender) Vorgang anzusehen ist — in einer makroskopischen Antenne wird eine elektrische Spannung induziert, an deren Zustandekommen eine sehr große Anzahl von Elektronen beteiligt ist, die gewissermaßen im Kollektiv der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle folgen -, spielt sich der Nachweis von Licht, was das Elementargeschehen angeht, in mikroskopisch kleinen Gebilden wie Atomen oder Molekülen ab. Ein optischer Detektor wird daher in seiner Wirkungsweise entscheidend durch die Mikrostruktur der Materie bestimmt. Im besonderen ist es (schon wegen der enorm hohen Frequenz des Lichts, die bei etwa 1015 Hz liegt) unmöglich, die elektrische Feldstärke zu messen. Was sich tatsächlich feststellen läßt, ist eine Energieübertragung vom Strahlungsfeld auf einen atomaren Empfänger, woraus sich bestenfalls Rückschlüsse auf die (momentane) Intensität des Lichts ziehen lassen.

Teubner-Studienbücher. Physik•Jan 1, 1995•0 citations
Deeltjestransport blijkt zich voor ultrakoude atomaire Bose-gassen radicaal anders te gedragen dan voor normale elektrische geleiders. We bestuderen de wrijvingsweerstand tussen deeltjes met verschillende spin die, net als normale elektrische weerstand, voor gewone geleiders kleiner wordt bij lagere temperatuur. Deze wrijvingsweerstand is voor bosonische atomen spectaculair veel groter vanwege kwantummechanische veel-deeltjeseffecten, en neemt zelfs toe als het systeem kouder wordt. Hierdoor ontstaan nieuwe inzichten in de fundamentele aspecten van ladings- en spintransport. Dat laatste speelt met name een rol in de zogenaamde ‘spintronica’, een vakgebied dat onder meer de iPod mogelijk heeft gemaakt. In dit artikel bespreken we het nieuwe vakgebied van ‘bosonisch transport’, dat analogieën van elektrische geleiding bestudeert met koude bosonische atomen om zo onontgonnen fysische regimes van transport te onderzoeken. De resultaten van ons fundamentele onderzoek zijn onder andere van belang voor het bouwen van ‘atoomtronische’ schakelingen, waarin componenten zoals diodes en transistoren gebaseerd worden op koude atomen in plaats van elektronen.
De reeks van voordrachten waarin dit past gaat in het algemeen over het experiment.Ik zou de nuance iets anders willen leggen : eerder spreken over de waarneming dan over het experiment; de waarneming dan, gezien in het licht van de theorie en in het bijzonder van de quantum-me chanica.Het experiment is nauw verwant met waarneming ; het is een waarneming onder speciale geselecteerde omstandigheden die we goed beheersen en die we eenvoudig uitgezocht hebben om over bepaalde probleemstellingen informatie te krijgen; eenvoudige omstandigheden maar ook eenvoudige objecten.Dit is een van de kenmerken van de natuurkunde temidden van de natuurwetenschappen, dat die zulke eenvoudige objecten van onderzoek gel{ozen he eft, maar daar soms ook diep in is doorgedrongen en zich daarbij weI eens ver van het aanschouwelijke verwij dert.De wiskunde is misschien nog een eenvoudiger vak, maar dat noem ik geen natuurwetenschap.In de geo-fysica daarentegen gaat het om veel grotere hoeveelheden materiaal en daar is de statistische benadering een meer belangrijke rol gaan spelen, zoals ook in de biologie.In de zuivere klassieke natuurkunde speelt de statistiek ook weI een rol en in de quantum-mechanica wordt die rol nog fundamenteler.Maar t.o.v.het experiment onderscheidt de quantum-mechanica zich niet zo fundamenteel van de klassieke natuurkunde.Er zijn in de quantum-mechanica en andere moderne gebieden van de natuurkunde weI bepaalde interessante aspecten aan het experiment; grote verfijning van bepaalde instrumenten en de grote machines die meer en meer nodig zijn en die zo kostelijk worden dat een land dit langzamerhand niet meer kan betalen.(Om sommige experimenten te bekostigen zal meer en meer de samenwerking van alle landen van de wereld nodig zijn).De quantum-mechanica onderscheidt zich echter meer fundamenteel van de klassieke natuurkunde op het vlak van de waarnemingen ; het zal dus interessant zijn wat meer op de functie van de waar-(*) Deze tekst werd geredigeerd door E. Vel'meersch op basis van een bandopname van de lezing die professor Groenewold gehouden heeft in onze voordrachtencyclus.
ZusammenfassungDie Ein-Elektron-Atome sind die überschaubarsten Gebilde der Atomphysik. An ihnen lassen sich daher am einfachsten die Grundmechanismen der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Kern aufzeigen. Ihre Behandlung nimmt daher im Band I Kap.5 einen entsprechend breiten Raum ein. Während dort die Entfaltung des Lehrstoffs jedoch mehr nach didaktischen Gesichtspunkten ausgearbeitet ist, lassen wir uns im vorliegenden Kapitel mehr von physikalischen Merkmalen leiten. Zunächst gehen wir in Abschn.14.1 auf die Eigenschaften des Wasserstoffatoms bzw. der wasserstoffartigen Atome und wegen der Ähnlichkeit der Beschreibung auch auf die exotischen Atome ein. Sodann widmen wir uns in Abschn.14.2 Problemen der Aussendung spontaner und induzierter Strahlung einschließlich ihrer Auswahlregeln und besprechen einige Eigenschaften der ausgesandten Strahlung. Erst in Abschn.14.3 schauen wir uns die Effekte genauer an, die beim Anlegen äußerer elektrischer und magnetischer Felder auftreten. Auch hier konzentrieren wir uns hauptsächlich auf das H-Atom als typisches Beispiel.
In der vorangebenden Darstellung der Entwicklung statistisch-mechanischer Betrachtungen zur Quantenstatistik sind Atome und Moleküle im allgemeinen ohne Rücksicht auf ihre genauere Konstitution kurzweg als „mechanische“ Gebilde angesehen worden — eine aus der statistischen Mechanik vererbte, veraltete Bezeichnungsweise, in welcher „mechanisch“ der Sache nach aber nur im Sinne von „dynamisch“ aufgefaßt zu werden braucht.246) Wie insbesondere die durch die Namen Lenard und Rutherford gekennzeichneten Untersuchungen über die Zerstreuung von Kathoden- und α-Strahlen beim Durchgang durch die Materie gezeigt haben, muß letztere universell aus elektrisch geladenen Partikeln aufgebaut gedacht werden: Atome und Moleküle sind elektrodynamische Gebilde. Ihre bisher erkannten letzten Bausteine sind (negative) Elektronen und Protonen (positive Elektronen oder Wasserstoffatomionen), wie etwa die Erscheinungen der Vakuumentladung und des lichtelektrischen Effektes, die Radioaktivität und Astons Isotopenforschung, endlich zuletzt und wohl am direktesten die künstliche Atomzertrümmerung von Rutherford und Chadwick, Kirsch und Pettersson dargetan haben.246a) Über die nähere Struktur dieser Bausteine ist gegenwärtig, von willkürlichen und haltlosen Spekulationen (Kugelgestalt usw.) abgesehen, nichts bekannt; dem Experimentator haben sie sich bisher in allen Fällen als praktisch punktförmig wirksame Kraftzentren erwiesen, deren unveränderliche elektrische Ladung als wahre Substanz der Materie erscheint.
ZusammenfassungWährend der Empfang von Rundfunkwellen als ein makroskopischer (und daher in den Zuständigkeitsbereich der klassischen Elektrodynamik fallender) Vorgang anzusehen ist — in einer makroskopischen Antenne wird eine elektrische Spannung induziert, an deren Zustandekommen eine sehr große Anzahl von Elektronen beteiligt ist, die gewissermaßen im Kollektiv der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle folgen —, spielt sich der Nachweis von Licht, was das Elementargeschehen angeht, in mikroskopisch kleinen Gebilden wie Atomen oder Molekülen ab. Ein optischer Detektor wird daher in seiner Wirkungsweise entscheidend durch die Mikrostruktur der Materie bestimmt. Im besonderen ist es (schon wegen der enorm hohen Frequenz des Lichts, die bei etwa 1015 Hz liegt) unmöglich, die elektrische Feldstärke zu messen. Was sich tatsächlich feststellen läßt, ist eine Energieübertragung vom Strahlungsfeld auf einen atomaren Empfänger, woraus sich bestenfalls Rückschlüsse auf die (momentane) Intensität des Lichts ziehen lassen.
Während der Empfang von Rundfunkwellen als ein makroskopischer (und daher in den Zuständigkeitsbereich der klassischen Elektrodynamik fallender) Vorgang anzusehen ist — in einer makroskopischen Antenne wird eine elektrische Spannung induziert, an deren Zustandekommen eine sehr große Anzahl von Elektronen beteiligt ist, die gewissermaßen im Kollektiv der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle folgen -, spielt sich der Nachweis von Licht, was das Elementargeschehen angeht, in mikroskopisch kleinen Gebilden wie Atomen oder Molekülen ab. Ein optischer Detektor wird daher in seiner Wirkungsweise entscheidend durch die Mikrostruktur der Materie bestimmt. Im besonderen ist es (schon wegen der enorm hohen Frequenz des Lichts, die bei etwa 1015 Hz liegt) unmöglich, die elektrische Feldstärke zu messen. Was sich tatsächlich feststellen läßt, ist eine Energieübertragung vom Strahlungsfeld auf einen atomaren Empfänger, woraus sich bestenfalls Rückschlüsse auf die (momentane) Intensität des Lichts ziehen lassen.