Im letzten Kapitel haben wir uns mit einem Teilchenmodell des Lichts beschäftigt; das Licht sollte danach aus einem Strom von Teilchen oder Korpuskeln bestehen. Dieses Modell konnte jedoch nicht alle beobachteten Eigenschaften des Lichts zufriedenstellend erklären/Daher stehen wir nun vor folgender Wahl: Entweder müssen wir ein verbessertes Teilchenmodell entwerfen, das auch jene Eigenschaften deutet, bei deren Erklärung das alte Modell versagte, oder wir müssen uns nach einem völlig neuen Modell umsehen. Wir werden den letzteren Weg einschlagen.
Im letzten Kapitel haben wir uns mit einem Teilchenmodell des Lichts beschäftigt; das Licht sollte danach aus einem Strom von Teilchen oder Korpuskeln bestehen. Dieses Modell konnte jedoch nicht alle beobachteten Eigenschaften des Lichts zufriedenstellend erklären/Daher stehen wir nun vor folgender Wahl: Entweder müssen wir ein verbessertes Teilchenmodell entwerfen, das auch jene Eigenschaften deutet, bei deren Erklärung das alte Modell versagte, oder wir müssen uns nach einem völlig neuen Modell umsehen. Wir werden den letzteren Weg einschlagen.
In Kapitel 7 wurde das Verhalten von Wellen untersucht. Es sollte geprüft werden, ob man mit ihnen die gewöhnlichen Eigenschaften des Lichts erklären kann. Wir wußten bereits, in welcher Weise Licht von einem Spiegel reflektiert wird, und fanden nun heraus, daß die Wellen nach eben demselben Gesetz zurückgeworfen werden. Wir hatten weiterhin untersucht, wie das Licht gebrochen wird, wenn es von einem Medium in ein anderes tritt. Dabei entdeckten wir, daß die Brechung der Wellen dem gleichen Gesetz wie die Brechung des Lichts genügt.
In den vorangegangenen Kapiteln haben wir fast alle wesentlichen Erscheinungen, die bei Atomen auftreten, bereits besprochen, aber nur für ein einziges Elektron. Es wird sich herausstellen, daß vieles bei Mehrelektronen-Atomen ganz ähnlich ist. Um ein System mit mehreren Elektronen behandeln zu können, müssen wir uns jedoch zuerst mit den eigentümlichen Konsequenzen befassen, die aus den quantenmechanischen Regeln für ein System von gleichen Teilchen folgen. Es ist ja nicht möglich, ein einzelnes Elektron oder ein anderes Teilchen in irgendeiner Weise zu markieren, so daß seine Identität zu einem späteren Zeitpunkt oder an einem anderen Ort festgestellt werden kann. Bei zwei Elektronen, die durch wohldefmierte Wellenpakete beschrieben werden und die weit voneinander entfernt sind, braucht man keine Verwechslung zu befürchten. Innerhalb der Ausdehnung des Wellenpakets, d. h. innerhalb eines Bereiches, in dem die Unschärferelation gilt, ist es jedoch prinzipiell nicht möglich, die Koordinaten eines Teilchens zu verfolgen. Sobald sich daher die beiden Elektronen gleichzeitig in ein Gebiet des Orts-und Impulsraums bewegen, das durch die Unschärferelation umrissen ist, gibt es prinzipiell keine Möglichkeit mehr, die Koordinaten der Teilchen auseinanderzuhalten. Bei allen quantenmechanischen Aussagen müssen wir dem Rechnung tragen. Nach der Grundregel (2.4) sollten wir erwarten, daß die Wahrscheinlichkeitsamplituden für die beiden Teilchen in irgendeiner Weise kohärent addiert werden müssen. Das hat äußerst fundamentale Konsequenzen und führt zu Gesetzmäßigkeiten, die den gesamten Aufbau der Materie beherrschen. Das wird in diesem Kapitel behandelt.
In den vorangegangenen Kapiteln haben wir fast alle wesentlichen Erscheinungen, die bei Atomen auftreten, bereits besprochen, aber nur für ein einziges Elektron. Es wird sich herausstellen, daß vieles bei Mehrelektronen-Atomen ganz ähnlich ist. Um ein System mit mehreren Elektronen behandeln zu können, müssen wir uns jedoch zuerst mit den eigentümlichen Konsequenzen befassen, die aus den quantenmechanischen Regeln für ein System von gleichen Teilchen folgen. Es ist ja nicht möglich, ein einzelnes Elektron oder ein anderes Teilchen in irgendeiner Weise zu markieren, so daß seine Identität zu einem späteren Zeitpunkt oder an einem anderen Ort festgestellt werden kann. Bei zwei Elektronen, die durch wohldefinierte Wellenpakete beschrieben werden und die weit voneinander entfernt sind, braucht man keine Verwechslung zu befürchten. Innerhalb der Ausdehnung des Wellenpakets, d. h. innerhalb eines Bereiches, in dem die Unschärfe-relation gilt, ist es jedoch prinzipiell nicht möglich, die Koordinaten eines Teilchens zu verfolgen. Sobald sich daher die beiden Elektronen gleichzeitig in ein Gebiet des Orts- und Impulsraums bewegen, das durch die Unschärferelation umrissen ist, gibt es prinzipiell keine Möglichkeit mehr, die Koordinaten der Teilchen auseinanderzuhalten. Bei allen quantenmechanischen Aussagen müssen wir dem Rechnung tragen. Nach der Grundregel (2.4) sollten wir erwarten, daß die Wahrscheinlichkeitsamplituden für die beiden Teilchen in irgendeiner Weise kohärent addiert werden müssen. Das hat äußerst fundamentale Konsequenzen und fuhrt zu Gesetzmäßigkeiten, die den gesamten Aufbau der Materie beherrschen. Das wird in diesem Kapitel behandelt.
Jeder, der sich irgendwie mit Wellenphänomenen beschäftigt, wird bald die Erfahrung machen, daß er sich da auf ein sehr merkwürdiges Gelände begeben hat: Der feste Boden seiner Alltagserfahrungen entweicht ihm unter den Füßen, Ursache und Wirkung tanzen einen wilden Reigen, die Phänomene entgleiten seinen Händen, wo immer er sie zu fassen sucht. Selbst die Lichter der Wissenschaft, sonst untrügliche Wegweiser, flackern hier in eigentümlichem, irrem Zwielicht. Wenn wir irgend hoffen dürfen, aus dieser „Zaubersphäre“, in die wir uns jetzt wagen wollen, klaren Kopfes wieder herauszukommen, so kann dies nur geschehen, indem wir uns in ständiger Fühlungnahme mit der Beobachtung behutsam tastend vorwärtsbewegen.
Das Pauli-Prinzip (Pauli-Verbot) ist ein Grundprinzip in der Physik, welches das Verhalten fermionischer Teilchen regelt. Aufgrund seiner Bedeutung muss es so genau wie möglich getestet werden. In einem bahnbrechenden Experiment versorgten Ramberg und Snow ein Cu-Target mit einem elektrischen Strom und suchten nach Pauli-Verbot verletzenden Atomübergängen "frischer" Elektronen aus dem Strom durch das Cu-Target. Da diese Übergänge nur bei eingeschaltetem Strom zu erwarten sind, kann mit der Differenz zwischen den Spektren mit und ohne Strom eine Obergrenze für die Wahrscheinlichkeit der Verletzung des Pauli-Verbots gesetzt werden. Insbesondere suchte man nach Verbotenen K-alpha Übergängen, die eine etwas niedrigere Übergangsenergie als die normalen Übergänge haben. Photonen aus diesen Übergängen können daher durch ihre Energie unterschieden werden. Das VIP2 Experiment (Verletzung des Pauli-Verbots) könnte diese Obergrenze mit der beschriebenen Methode auf 1.87 mal 10 hoch -29 setzen. Das VIP2-Upgrade-Experiment will dieses Limit durch ein Upgrade wichtiger Komponenten des Setups noch weiter verbessern. Das Upgrade konzentrierte sich auf die Verbesserung des Kühlsystems, des Slow Control Systems sowie der aktiven Abschirmung. Die ursprüngliche Idee zur Verbesserung des Kühlsystems bestand in einem dreistufigen Peltier-Kühlgerät, um die neuen Silizium-Drift-Detektoren (SDDs) auf eine Temperatur von mindestens -40 Grad Celsius oder weniger zu kühlen. Nach ersten Tests entschieden wir uns für den PolyCold Compact Cooler (CryoTiger) von Brooks Automation, der mehr als genug (-80 Grad Celsius) Kühlleistung (auch bei der Wärmelast der SDDs) erreichte. Ein Slow Control System wurde mit LabVIEW entwickelt um alle Temperatursensoren (PT-100) und den Vakuumdruck im VIP2-Upgrade-Versuchsaufbau zu überwachen. Zusätzlich wurde das aktive Abschirmsystem, das im Vorgänger-Experiment VIP2 drei Jahre lang eingesetzt wurde, getestet und die Ergebnisse zeigten, dass fast ein Drittel der eingesetzten Silizium-Photomultiplier (SiPMs) defekt waren und entweder repariert oder ersetzt werden müssen. Daher haben wir beschlossen, stattdessen ein passives Abschirmsystem zu verwenden, während die aktive Abschirmung repariert oder aufgerüstet wird. Nach ausführlichen Tests mit dem VIP-Upgrade-Versuchsaufbau, der viele Vakuumtests beinhaltete, wurde es in das unterirdische Labor von Gran Sasso (LNGS) transportiert. Das Setup wurde erfolgreich installiert und die ersten Messungen wurden gestartet. Die Apparatur sammelt derzeit Daten, auf die wir über eine Netzwerkverbindung vom Stefan Meyer Institut (SMI) zum VIP2-Labor bei LNGS zugreifen können.