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Magnetische Felder

Gert Roepstorff

Published Jan 1, 1992• 0 citations
Publisher

Abstract

Bislang waren Wechselwirkungen mit äußeren Magnetfeldern von der Behandlung ausgeschlossen. Die Diskussion des Pfadintegrals unter Berücksichtigung solcher Felder wollen wir jetzt nachholen. Wir begnügen uns mit einem Teilchen, setzen also d = 3.
DOI
10.1007/978-3-322-90762-2_6

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Bevor wir uns mit dem Verhalten komplizierter Atome auseinandersetzen, müssen wir uns noch mit den Eigenschaften der Lichtquanten und dem Emissionsprozeß befassen. Dann können wir die charakteristischen Auswahlregeln verstehen, die bei den Spektral-übergangen gelten. Eine tiefergehende theoretische Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Atomen und Quanten würde wiederum die Hilfsmittel der Quantenelektrodynamik erfordern, auf die wir hier verzichten müssen. Wir wollen uns daher in diesem und dem nächsten Abschnitt vor allem an die experimentellen Befunde halten, um die wichtigsten Eigenschaften der Lichtquanten kennenzulernen. In Abschn. 6.3 folgt dann eine quantenmechanische Behandlung des Emissionsprozesses für Dipolstrahlung. Wir greifen jetzt zunächst der späteren Behandlung von Mehrelektronenatomen etwas vor und werfen einen Blick auf das Termschema des Lithiums, das wir qualitativ sofort verstehen können (Fig. 52). Im Prinzip ist es dem des Wasserstoffs sehr ähnlich. Während jedoch beim Wasserstoff, abgesehen von der sehr kleinen Feinstruktur, alle Niveaus zur gleichen Hauptquantenzahl n entartet sind (Fig. 28) — wie wir gesehen haben als Folge des reinen Coulomb-Potentials — ist dies bei Lithium nicht mehr der Fall. Wir können das Termschema folgendermaßen verstehen. Der ls-Zustand ist mit 2 Elektronen von antiparallelem Spin besetzt. Diese Konfiguration erfordert zum Aufbruch eine große Energie. Daher ist fir das Spektrum nur das dritte, äußere Elektron verantwortlich, das sich im 2s-Zustand befindet.

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Wenn die im letzten Kapitel gegebene Interpretation richtig ist, haben viele Elektronenzustände einen Bahndrehimpuls. Das sollte äquivalent zu einem elektrischen Kreisstrom sein, und folglich sollte ein magnetisches Dipolfeld entstehen. Das ist auch wirklich der Fall, und wir wollen jetzt eine geeignete Beschreibung suchen. Wir betrachten zunächst wieder den klassischen Fall einer Punktladung —e (Elektron), die auf einer Kreisbahn mit der Geschwindigkeit v umläuft (Fig. 36). Sie erzeugt einen Kreisstrom 4.1 $$\operatorname{I} = \frac{\operatorname{q} }{\operatorname{t} } = - \frac{e}{T} = \frac{{ - e\operatorname{v} }}{{2r\pi }},$$ der ein magnetisches Dipolmoment vom Betrag μ zur Folge hat (Gaußsches Maßsystem) 4.2 $$\mu = \frac{1}{\operatorname{c} }\operatorname{I} \cdot\operatorname{Fl} \ddot ache = \frac{{1\pi {r^2}}}{\operatorname{c} }$$ mit (4.1) und ℓ = mv · r oder v = ℓ/mr schreiben wir dies um in 4.3 $$\vec \mu = \frac{{ - e}}{{2mc}}\vec \ell .$$

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1994•0 citations
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Diese Arbeit behandelt Deflektometrie in einem Materiewellen-Interferometer für neutrale Moleküle. Die Ablenkung von Atomen und Nanopartikeln in der Gasphase durch inhomogene statische elektrische und magnetische Felder findet breite Anwendung bei der Bestimmung der Eigenschaften dieser Teilchen. Interferometrie steigert die Auflösung von Deflektionsexperimenten erheblich. Wir beginnen mit einer Einführung in die Grundlagen des Magnetismus freier Atome und leiten van Vlecks Formel für die magnetische Suszeptibilität aus dem Zeeman-Effekt her. Das Resultat wird auf Moleküle verallgemeinert. Kollektive Effekte in Molekülen erhöhen deren Suszeptibilität, was unter dem Terminus Aromatizität zusammengefasst wird. Wir vergleichen zwei physikalische Erklärungen dieses Phänomens und stellen fest, dass wir durch die experimentelle Bestimmung der unterschiedlichen Beiträge zur Suszeptibilität zur Klärung des Konzepts der Aromatizität beitragen können. Im Anschluß stellen wir unser Kapitza-Dirac-Talbot-Lau Interferometer (KDTLI) für Materiewellen vor. Nach der Erarbeitung der allgemeinen Grundlagen der Interferenz wird der Talbot-Lau Effekt und der Kapitza-Dirac-Effekt diskutiert und das setup des Experiments eingeführt. Um das volle Potential der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten unseres Interferometers in der Deflektometrie auszunützen, muß es kalibriert werden. Wir präsentieren die Ergebnisse der entsprechenden Messungen. Schließlich wurde eine Anordnung von Magneten entworfen, die es erlaubt, den quadratischen Zeeman-Effekt für Moleküle zu messen. Deflektometrie mit ausgedehnten Strahlen diamagnetischer Moleküle stellt strikte Anforderungen an das verwendete Feld. Die vorgeschlagene Lösung wurde mit der Methode der Finiten Elemente simuliert und anschließend hergestellt. Die Ergebnisse der Simulation werden mit der Charakterisierung des Magnetsystems verglichen. Abschließend stellen wir mögliche Anwendungen des Magnetsystems vor.
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