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Spektrum Akademischer Verlag eBooks

Atomphysik

Wolfgang W. Osterhage

Published Oct 8, 2012• 0 citations
Publisher

Abstract

Im ersten Abschnitt werden wir uns mit den Grundlagen der Atomphysik beschäftigen. Mehr noch als in der klassischen Physik in Teil I werden wir gelegentlich einen Blick zurück auf die Historie werfen, um den heutigen Kenntnisstand, den wir uns ja über einen geschichtlich relativ kurzen Zeitraum angeeignet haben, in seiner Entwicklung nachvollziehen zu können.

DOI
10.1007/978-3-8274-3018-2_9

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ZusammenfassungDie Entwicklung der Quantenphysik, die durch eine fruchtbare Zusammenarbeit einer ganzen Generation von Physikern unsere Kenntnis der atomaren Vorgänge und des Aufbaus der Materie so weit gefördert hat, stellt eine der reichsten Perioden in der Geschichte der Physik dar. Jeder, der Zeuge dieser Entwicklung war, sah sich immer wieder veranlaßt, die Inspiration und den Scharfsinn zu bewundem, die Max Planck zu seiner grundlegenden Entdek-kung führten. Von seiner edlen und warmen Persönlichkeit habe ich Erinnerungen, die ich stets dankbar bewahren werde, und ich bin oft in Gedanken auf unsere Gespräche über die allgemeine Erkenntnisfrage zurückgekommen, die eben durch sein Werk in den Vordergrund trat und die ihm selbst so sehr im Sinne lag. Aufgefordert, zu dieser Festschrift einen Beitrag zu liefern, möchte ich daher gern die deutsche Übersetzung eines kurzen Artikels vorlegen, in welchem ich versucht habe, den heutigen Stand dieser Probleme zum Ausdruck zu bringen, und den ich für das Sammelwerk „Philosophy in the Mid-Century“ [1] vorbereitet habe.

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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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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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