Atom- und Quantenphysik: Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen ; mit 29 Tabellen, 173 Aufgaben und vollständigen Lösungen
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| Hauptverfasser: | , |
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2000
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| Ausgabe: | 7., aktualisierte und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. [497] - 502 |
| Beschreibung: | XX, 513 S. Ill., graph. Darst. |
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INHALTSVERZEICHNIS LISTE DER WICHTIGSTEN VERWENDETEN SYMBOLE XIX 1.
EINLEITUNG 1 1.1 KLASSISCHE PHYSIK UND QUANTENPHYSIK 1 1.2 KURZER
HISTORISCHER UEBERBLICK 1 2. MASSE UND GROESSE DES ATOMS 5 2.1 WAS IST EIN
ATOM? 5 2.2 BESTIMMUNG DER MASSE 5 2.3 METHODEN ZUR BESTIMMUNG DER
LOSCHMIDT-ZAHL 7 2.3.1 ELEKTROLYSE 7 2.3.2 GAS- UND BOLTZMANN-KONSTANTE
7 2.3.3 ROENTGENBEUGUNG AN KRISTALLEN 8 2.3.4 MESSUNG MIT HILFE DES
RADIOAKTIVEN ZERFALLS 10 2.4 BESTIMMUNG DER GROESSE DES ATOMS 10 2.4.1
ANWENDUNG DER KINETISCHEN GASTHEORIE 10 2.4.2 DER WIRKUNGSQUERSCHNITT 11
2.4.3 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG VON WIRKUNGSQUERSCHNITTEN 14 2.4.4
BESTIMMUNG DER GROESSE VON ATOMEN AUS DEM KOVOLUMEN 15 2.4.5 GROESSE VON
ATOMEN AUS MESSUNGEN DER ROENTGENBEUGUNG AN KRISTALLEN 16 2.4.6 KANN MAN
EINZELNE ATOME SEHEN? 21 AUFGABEN 25 3. DIE ISOTOPIE 27 3.1 DAS
PERIODISCHE SYSTEM DER ELEMENTE 27 3.2 MASSENSPEKTROSKOPIE 29 3.2.1
PARABELMETHODE 29 3.2.2 VERBESSERTE MASSENSPEKTROMETER 32 3.2.3
ERGEBNISSE DER MASSENSPEKTROSKOPIE 34 3.2.4 MODERNE ANWENDUNGEN DER
MASSENSPEKTROMETER 34 3.2.5 ISOTOPENTRENNUNG 35 AUFGABEN 37 4.
KERNSTRUKTUR DES ATOMS 39 4.1 DURCHGANG VON ELEKTRONEN DURCH MATERIE 39
4.2 DURCHGANG VON ALPHA-TEILCHEN DURCH MATERIE (RUTHERFORD-STREUUNG) 41
4.2.1 EINIGE EIGENSCHAFTEN VON ALPHA-TEILCHEN 41 4.2.2 STREUUNG VON
ALPHA-TEILCHEN IN EINER FOLIE 42 4.2.3 ABLEITUNG DER RUTHERFORDSCHEN
STREUFORMEL 43 4.2.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 48 4.2.5 WAS HEISST
KERNRADIUS? 49 AUFGABEN 50 5. DAS PHOTON 53 5.1 LICHT ALS WELLE 53 5.2
DIE TEMPERATURSTRAHLUNG 55 5.2.1 SPEKTRALE VERTEILUNG DER
HOHLRAUMSTRAHLUNG 55 5.2.2 DIE PLANCKSCHE STRAHLUNGSFORMEL 58 5.2.3
ABLEITUNG DER PLANCKSCHEN FORMEL NACH EINSTEIN 59 5.3 PHOTOEFFEKT
(LICHTELEKTRISCHER EFFEKT) 62 5.4 DER COMPTONEFFEKT 65 5.4.1 EXPERIMENTE
65 5.4.2 ABLEITUNG DER COMPTONVERSCHIEBUNG 66 AUFGABEN 69 6. DAS
ELEKTRON 73 6.1 ERZEUGUNG FREIER ELEKTRONEN 73 6.2 GROESSE DES ELEKTRONS
73 6.3 DIE LADUNG DES ELEKTRONS 74 6.4 DIE SPEZIFISCHE LADUNG E/M DES
ELEKTRONS 75 6.5 ELEKTRONEN UND ANDERE TEILCHEN ALS WELLEN 78 6.6
ATOMINTERFEROMETRIE 82 AUFGABEN 83 7. EINIGE GRUNDEIGENSCHAFTEN DER
MATERIEWELLEN 85 7.1 WELLENPAKETE 85 7.2 WAHRSCHEINLICHKEITSDEUTUNG 89
7.3 DIE HEISENBERGSCHE UNSCHAERFERELATION 92 7.4 DIE
ENERGIE-ZEIT-UNSCHAERFERELATION 94 7.5 EINIGE KONSEQUENZEN AUS DER
UNSCHAERFERELATION FUER GEBUNDENE ZUSTAENDE . . 94 AUFGABEN 97 8. DAS
BOHRSCHE MODELL DES WASSERSTOFF-ATOMS 9 9 8.1 SPEKTROSKOPISCHE
VORBEMERKUNGEN 99 8.2 DAS OPTISCHE SPEKTRUM DES WASSERSTOFF-ATOMS 101
8.3 DIE BOHRSCHEN POSTULATE 105 8.4 EINIGE QUANTITATIVE FOLGERUNGEN 108
8.5 MITBEWEGUNG DES KERNS 109 8.6 WASSERSTOFF-AEHNLICHE SPEKTREN 111 8.7
MYONEN-ATOME 113 8.8 ANREGUNG VON QUANTENSPRUENGEN DURCH STOSS 116 8.9
SOMMERFELDS ERWEITERUNG DES BOHRSCHEN MODELLS UND EXPERIMENTELLE
BEGRUENDUNG EINER ZWEITEN QUANTENZAHL 119 8.10 AUFHEBUNG DER
BAHNENTARTUNG DURCH RELATIVISTISCHE MASSENVERAENDERUNG . .120 8.11
GRENZEN DER BOHR-SOMMERFELD-THEORIE. BEDEUTUNG DES KORRESPONDENZPRINZIPS
121 8.12 RYDBERG-ATOME 122 8.13 POSITRONIUM, MYONIUM, ANTIWASSERSTOFF
124 AUFGABEN 126 9. DAS MATHEMATISCHE GERUEST DER QUANTENTHEORIE 129 9.1
DAS IM KASTEN EINGESPERRTE TEILCHEN 129 9.2 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG
133 9.3 DAS BEGRIFFLICHE GERUEST DER QUANTENTHEORIE 136 9.3.1 MESSUNGEN,
MESSWERTE UND OPERATOREN 136 9.3.2 IMPULSMESSUNG UND
IMPULSWAHRSCHEINLICHKEIT 136 9.3.3 MITTELWERTE, ERWARTUNGSWERTE 137
9.3.4 OPERATOREN UND ERWARTUNGSWERTE 141 9.3.5 BESTIMMUNGSGLEICHUNGEN
FUER DIE WELLENFUNKTION 142 9.3.6 GLEICHZEITIGE MESSBARKEIT UND
VERTAUSCHUNGSRELATIONEN 143 9.4 DER QUANTENMECHANISCHE OSZILLATOR 146
AUFGABEN 153 10. QUANTENMECHANIK DES WASSERSTOFF-ATOMS 157 10.1 DIE
BEWEGUNG IM ZENTRALFELD 157 10.2 DREHIMPULS-EIGENFUNKTIONEN 159 10.3 DER
RADIALTEIL DER WELLENFUNKTION BEIM ZENTRALFELD * 165 10.4 DER RADIALTEIL
DER WELLENFUNKTION BEIM WASSERSTOFFPROBLEM 167 AUFGABEN 173 11.
AUFHEBUNG DER /-ENTARTUNG IN DEN SPEKTREN DER ALKALI-ATOME 175 11.1
SCHALENSTRUKTUR 175 11.2 ABSCHIRMUNG 177 11.3 DAS TERMSCHEMA 178 11.4
TIEFERE SCHALEN 183 AUFGABEN 183 12. BAHN- UND SPIN-MAGNETISMUS,
FEINSTRUKTUR 185 12.1 EINLEITUNG UND UEBERSICHT 185 12.2 MAGNETISCHES
MOMENT DER BAHNBEWEGUNG 186 12.3 PRAEZESSION UND ORIENTIERUNG IM
MAGNETFELD 188 12.4 SPIN UND MAGNETISCHES MOMENT DES ELEKTRONS 190 12.5
MESSUNG DES GYROMAGNETISCHEN VERHAELTNISSES NACH EINSTEIN UND DE HAAS .
192 12.6 NACHWEIS DER RICHTUNGSQUANTELUNG DURCH STERN UND GERLACH 193
12.7 FEINSTRUKTUR UND SPIN-BAHN-KOPPLUNG, UEBERSICHT 195 12.8 BERECHNUNG
DER SPIN-BAHN-AUFSPALTUNG IM BOHRSCHEN ATOMMODELL . . . 196 12.9
NIVEAUSCHEMA DER ALKALI-ATOME 200 12.10 FEINSTRUKTUR BEIM
WASSERSTOFF-ATOM 201 12.11 DIE LAMB-VERSCHIEBUNG 202 AUFGABEN 206 13.
ATOME IM MAGNETFELD, EXPERIMENTE UND DEREN HALBKLASSISCHE BESCHREIBUNG .
. . 209 13.1 RICHTUNGSQUANTELUNG IM MAGNETFELD 209 13.2 DIE
ELEKTRONENSPIN-RESONANZ 209 13.3 ZEEMAN-EFFEKT 212 13.3.1 EXPERIMENTE
212 13.3.2 ERKLAERUNG DES ZEEMAN-EFFEKTS VOM STANDPUNKT DER KLASSISCHEN
ELEKTRONENTHEORIE 214 13.3.3 BESCHREIBUNG DES NORMALEN ZEEMAN-EFFEKTS IM
VEKTORMODELL . . .216 13.3.4 DER ANOMALE ZEEMAN-EFFEKT 218 13.3.5
MAGNETISCHES MOMENT BEI SPIN-BAHN-KOPPLUNG 219 13.4 DER
PASCHEN-BACK-EFFEKT 221 13.5 DOPPELRESONANZ UND OPTISCHES PUMPEN 222
AUFGABEN 224 14. ATOME IM MAGNETFELD, QUANTENMECHANISCHE BEHANDLUNG 227
14.1 QUANTENTHEORIE DES NORMALEN ZEEMAN-EFFEKTS 227 14.2 DIE
QUANTENTHEORETISCHE BEHANDLUNG DES ELEKTRONEN- UND PROTONENSPINS . 229
14.2.1 DER SPIN ALS DREHIMPULS 229 14.2.2 SPINOPERATOREN, SPINMATRIZEN
UND SPINWELLENFUNKTION 230 14.2.3 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG DES SPINS IM
MAGNETFELD 233 14.2.4 BESCHREIBUNG DER SPINPRAEZESSION MITTELS
ERWARTUNGSWERTEN . . . . 234 14.3 DIE QUANTENMECHANISCHE BEHANDLUNG DES
ANOMALEN ZEEMAN-EFFEKTS MIT DER SPIN-BAHN-KOPPLUNG* 237 14.4
QUANTENTHEORIE DES SPINS IN EINEM KONSTANTEN UND EINEM DAZU
TRANSVERSALEN ZEITABHAENGIGEN MAGNETFELD 241 14.5 DIE BLOCHSCHEN
GLEICHUNGEN 245 14.6 RELATIVISTISCHE THEORIE DES ELEKTRONS. DIE
DIRAC-GLEICHUNG 249 AUFGABEN 254 15. ATOME IM ELEKTRISCHEN FELD 257 15.1
BEOBACHTUNG DES STARK-EFFEKTS 257 15.2 QUANTENTHEORIE DES LINEAREN UND
QUADRATISCHEN STARK-EFFEKTS 259 15.2.1 DER HAMILTONOPERATOR 259 15.2.2
DER QUADRATISCHE STARK-EFFEKT. STOERUNGSTHEORIE OHNE ENTARTUNG* . 260
15.2.3 DER LINEARE STARK-EFFEKT. STOERUNGSTHEORIE MIT ENTARTUNG* 263 15.3
DIE WECHSELWIRKUNG EINES ZWEI-NIVEAU-ATOMS MIT EINEM KOHAERENTEN
RESONANTEN LICHTFELD 266 15.4 SPIN- UND PHOTONENECHO 270 15.5 EIN BLICK
AUF DIE QUANTENELEKTRODYNAMIK * 273 15.5.1 DIE QUANTISIERUNG DES
ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES 273 15.5.2 MASSENRENORMIERUNG UND
LAMB-VERSCHIEBUNG 278 AUFGABEN 285 16. ALLGEMEINE GESETZMAESSIGKEITEN
OPTISCHER UEBERGAENGE 287 16.1 SYMMETRIEN UND AUSWAHLREGELN 287 16.1.1
OPTISCHE MATRIXELEMENTE 287 16.1.2 BEISPIELE FUER DAS SYMMETRIEVERHALTEN
VON WELLENFUNKTIONEN . . . . 287 16.1.3 AUSWAHLREGELN 292 16.1.4
AUSWAHLREGELN UND MULTIPOLSTRAHLUNG* 295 16.2 LINIENBREITE UND
LINIENFORM 299 17. MEHRELEKTRONENATOME 305 17.1 DAS SPEKTRUM DES
HELIUM-ATOMS 305 17.2 ELEKTRONENABSTOSSUNG UND PAULI-PRINZIP 307 17.3
ZUSAMMENSETZUNG DER DREHIMPULSE 308 17.3.1 KOPPLUNGSMECHANISMUS 308
17.3.2 DIE LS-KOPPLUNG (RUSSEL-SAUNDERS-KOPPLUNG) 308 17.3.3 DIE
JJ-KOPPLUNG 312 17.4 MAGNETISCHES MOMENT VON MEHRELEKTRONENATOMEN 314
17.5 MEHRFACH-ANREGUNGEN 315 AUFGABEN 315 18. ROENTGENSPEKTREN, INNERE
SCHALE 317 18.1 VORBEMERKUNGEN 317 18.2 ROENTGENSTRAHLUNG AUS AEUSSEREN
SCHALEN 318 18.3 ROENTGEN-BREMSSPEKTRUM 318 18.4 LINIENSPEKTRUM IN
EMISSION: CHARAKTERISTISCHE STRAHLUNG 320 18.5 FEINSTRUKTUR DER
ROENTGENSPEKTREN 323 18.6 ABSORPTIONSSPEKTREN 324 18.7 DER AUGER-EFFEKT .
. 327 18.8 PHOTOELEKTRONEN-SPEKTROSKOPIE, ESCA 328 AUFGABEN 330 19.
AUFBAU DES PERIODENSYSTEMS, GRUNDZUSTAENDE DER ELEMENTE 333 19.1
PERIODENSYSTEM UND SCHALENSTRUKTUR 333 19.2 VON DER
ELEKTRONENKONFIGURATION ZUM ATOMTERM. GRUNDZUSTAENDE DER ATOME 340 19.3
ATOM-ANREGUNGSZUSTAENDE UND MOEGLICHE ELEKTRONENKONFIGURATIONEN.
VOLLSTAENDIGES TERMSCHEMA 343 19.4 DAS MEHRELEKTRONENPROBLEM.
HARTREE-FOCK-VERFAHREN * 345 19.4.1 DAS ZWEI-ELEKTRONENPROBLEM 345
19.4.2 VIELE ELEKTRONEN OHNE GEGENSEITIGE WECHSELWIRKUNG 350 19.4.3
COULOMBSCHE WECHSELWIRKUNG DER ELEKTRONEN. DAS HARTREE- UND DAS
HARTREE-FOCK-VERFAHREN 351 AUFGABEN 354 20. KERNSPIN, HYPERFEINSTRUKTUR
357 20.1 EINFLUESSE DES ATOMKERNS AUF DIE SPEKTREN DER ATOME 357 20.2
SPIN UND MAGNETISCHES MOMENT VON ATOMKERNEN 358 20.3 DIE
HYPERFEIN-WECHSEL WIRKUNG 360 20.4 HYPERFEINSTRUKTUR IM GRUNDZUSTAND DES
WASSERSTOFF-ATOMS, DES NATRIUM-ATOMS UND DES WASSERSTOFF-AEHNLICHEN IONS
83 BI 82+ * * * * 365 20.5 HYPERFEINSTRUKTUR IM AEUSSEREN MAGNETFELD,
ELEKTRONENSPIN-RESONANZ . . 367 20.6 DIREKTE MESSUNG VON SPIN UND
MAGNETISCHEM MOMENT VON KERNEN, KERNSPIN-RESONANZ 371 20.7 ANWENDUNGEN
DER KERNSPIN-RESONANZ 375 20.8 DAS ELEKTRISCHE KERN-QUADRUPOLMOMENT 379
AUFGABEN 381 21. DE R LASER 383 21.1 EINIGE GRUNDBEGRIFFE DES LASERS 383
21.2 BILANZGLEICHUNGEN UND LASERBEDINGUNG 386 21.3 AMPLITUDE UND PHASE
DES LASERLICHTS 390 AUFGABEN 393 22. MODERNE METHODEN DER OPTISCHEN
SPEKTROSKOPIE 395 22.1 KLASSISCHE METHODEN 395 22.2 QUANTEN-SCHWEBUNGEN:
QUANTUM BEATS 396 22.3 DOPPLER-FREIE SAETTIGUNGSSPEKTROSKOPIE 398 22.4
DOPPLER-FREIE ZWEI-PHOTONEN-ABSORPTION 400 22.5
NIVEAU-KREUZUNGSSPEKTROSKOPIE (LEVEL CROSSING) UND HANLE-EFFEKT . . 402
22.6 LASERKUEHLUNG VON ATOMEN 404 22.7 ZERSTOERUNGSFREIER NACHWEIS EINES
PHOTONS - EIN BEISPIEL AUS DER ATOMPHYSIK IM HOHLRAUMRESONATOR 409
AUFGABEN 412 23. FORTSCHRITTE DER QUANTENPHYSIK: TIEFERES VERSTAENDNIS
UND NEUE ANWENDUNGEN 413 23.1 VORBEMERKUNGEN 413 23.2
SUPERPOSITIONSPRINZIP, INTERFERENZ, WAHRSCHEINLICHKEIT UND
WAHRSCHEINLICHKEITSAMPLITUDEN 413 23.3 SCHROEDINGERS KATZE 415 23.4
DEKOHAERENZ 415 23.5 VERSCHRAENKUNG (ENTANGLEMENT) 417 23.6 DAS
EINSTEIN-PODOLSKY-ROSEN (EPR) PARADOXON 417 23.7 BELLSCHE UNGLEICHUNGEN
UND DIE HYPOTHESE VERBORGENER PARAMETER . . . 418 23.8 EXPERIMENTE VOM
BELLSCHEN TYP 421 23.9 QUANTENCOMPUTER* 423 23.9.1 EINIGE GESCHICHTLICHE
VORBEMERKUNGEN 423 23.9.2 EINE ERINNERUNG AN DIGITALE COMPUTER 423
23.9.3 GRUNDKONZEPTE DES QUANTENCOMPUTERS 424 23.9.4 DEKOHAERENZ UND
FEHLERKORREKTUR 427 23.9.5 EIN VERGLEICH ZWISCHEN QUANTENCOMPUTER UND
DIGITALEM COMPUTER 428 23.10 QUANTENINFORMATIONSTHEORIE 428 23.11 DIE
BOSE-EINSTEIN KONDENSATION 428 23.11.1 EINE ERINNERUNG AN DIE
STATISTISCHE PHYSIK 428 23.11.2 DIE EXPERIMENTELLE ENTDECKUNG 429
23.11.3 QUANTENTHEORIE DES BOSE-EINSTEIN KONDENSATS 431 23.12 DER
ATOM-LASER 432 AUFGABEN 433 24. GRUNDLAGEN DER QUANTENTHEORIE DER
CHEMISCHEN BINDUNG 435 24.1 VORBEMERKUNGEN 435 24.2 DAS
WASSERSTOFF-MOLEKUELION H2+ 435 24.3 DER TUNNELEFFEKT 441 24.4 DAS
WASSERSTOFF-MOLEKUEL H 2 443 24.5 KOVALENT-IONISCHE RESONANZ 450 24.6 DIE
WASSERSTOFFBINDUNG NACH HUND-MULLIKEN-BLOCH 451 24.7 DIE HYBRIDISIERUNG
452 24.8 DIE PI-ELEKTRONEN DES BENZOLS C 6 H 6 455 AUFGABEN 457
MATHEMATISCHER ANHANG A. DIE DIRACSCHE DELTAFUNKTION UND DIE NORMIERUNG
DER WELLENFUNKTION EINES KRAEFTEFREIEN TEILCHENS IM UNBEGRENZTEN RAUM 459
B. EINIGE EIGENSCHAFTEN DES HAMILTONOPERATORS, SEINER EIGENFUNKTIONEN
UND EIGENWERTE 463 C. HERLEITUNG DER HEISENBERGSCHEN UNSCHAERFERELATION
464 LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN 467 LITERATURVERZEICHNIS ZUR ERGAENZUNG UND
VERTIEFUNG 497 SACHVERZEICHNIS 50 3 FUNDAMENTAL-KONSTANTEN DER
ATOMPHYSIK (VORDERE EINBANDINNENSEITE) ENERGIE-UMRECHNUNGSTABELLE
(HINTERE EINBANDINNENSEITE) |
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