Atomphysik:
Gespeichert in:
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München
Oldenbourg
2011
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT V
1 FRUEHE ATOMPHYSIK 1
1.1 EINFUEHRUNG 1
1.2 DAS SPEKTRUM DES WASSERSTOFFATOMS 1
1.3 DIE BOHRSCHE THEORIE 3
1.4 RELATIVISTISCHE EFFEKTE 6
1.5 MOSELEYSCHES GESETZ UND ORDNUNGSZAHL 8
1.6 STRAHLUNGSUEBERGAENGE 11
1.7 DIE EINSTEIN-KOEFFIZIENTEN 13
1.8 DER ZEEMAN-EFFEKT 16
1.8.1 EXPERIMENTELLE BEOBACHTUNG DES ZEEMAN-EFFEKTS 20
1.9 ZUSAMMENSTELLUNG DER ATOMAREN EINHEITEN 22
AUFGABEN 23
2 DAS WASSERSTOFFATOM 27
2.1 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG 27
2.1.1 LOESUNG DER ANGULAREN GLEICHUNG 28
2.1.2 LOESUNG DER RADIALEN GLEICHUNG 32
2.2 UEBERGAENGE 35
2.2.1 AUSWAHLREGELN 37
2.2.2 INTEGRATION BEZUEGLICH 0 39
2.2.3 PARITAET 40
2.3 FEINSTRUKTUR 43
2.3.1 DER SPIN DES ELEKTRONS 43
2.3.2 DIE SPIN-BAHN-WECHSELWIRKUNG 44
2.3.3 DIE FEINSTRUKTUR VON WASSERSTOFF 48
2.3.4 DIE LAMB-VERSCHIEBUNG 50
2.3.5 UEBERGAENGE ZWISCHEN FEINSTRUKTUR-NIVEAUS 52
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 52
AUFGABEN 53
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1009851799
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
X INHALTSVERZEICHNIS
3 HELIUM 57
3.1 DER GRUNDZUSTAND VON HELIUM 57
3.2 DIE ANGEREGTEN ZUSTAENDE VON HELIUM 59
3.2.1 SPIN-EIGENZUSTAENDE 64
3.2.2 UEBERGAENGE IN HELIUM 66
3.3 AUSWERTUNG DER INTEGRALE FUER HELIUM 66
3.3.1 GRUNDZUSTAND 66
3.3.2 ANGEREGTE ZUSTAENDE: DAS DIREKTE INTEGRAL 68
3.3.3 ANGEREGTE ZUSTAENDE: DAS AUSTAUSCHINTEGRAL 70
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 71
AUFGABEN 72
4 ALKALIMETALLE 77
4.1 SCHALENSTRUKTUR UND DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE 77
4.2 DER QUANTENDEFEKT 79
4.3 DIE ZENTRALFELDNAEHERUNG 82
4.4 NUMERISCHE LOESUNG DER SCHROEDINGER-GLEICHUNG 86
4.4.1 SELBSTKONSISTENTE LOESUNGEN 88
4.5 DIE SPIN-BAHN-WECHSELWIRKUNG: EIN QUANTENMECHANISCHER ANSATZ 90
4.6 DIE FEINSTRUKTUR DER ALKALIATOME 93
4.6.1 RELATIVE INTENSITAETEN DER FEINSTRUKTURUEBERGAENGE 94
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 96
AUFGABEN 96
5 DAS S-KOPPLUNGSSCHEMA 103
5.1 FEINSTRUKTUR IM LS-KOPPLUNGSSCHEMA 107
5.2 DAS JJ-KOPPLUNGSSCHEMA 109
5.3 MITTLERE KOPPLUNG: UEBERGAENGE ZWISCHEN DEN KOPPLUNGSSCHEMEN 111
5.4 AUSWAHLREGELN IM LS-KOPPLUNGSSCHEMA 115
5.5 DER ZEEMAN-EFFEKT 116
5.6 ZUSAMMENFASSUNG 117
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 119
AUFGABEN 120
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XI
6 HYPERFEINSTRUKTUR UND ISOTOPENVERSCHIEBUNG 125
6.1 HYPERFEINSTRUKTUR 125
6.1.1 HYPERFEINSTRUKTUR FUER S-ELEKTRONEN 126
6.1.2 WASSERSTOFFMASER 129
6.1.3 HYPERFEINSTRUKTUR FUER L ^ 0 *. 130
6.1.4 VERGLEICH VON FEINSTRUKTUR UND HYPERFEINSTRUKTUR 132
6.2 ISOTOPENVERSCHIEBUNG 135
6.2.1 MASSENEFFEKTE 136
6.2.2 VOLUMENVERSCHIEBUNG 138
6.2.3 INFORMATION AUS ATOMKERNEN 139
6.3 ZEEMAN-EFFEKT UND HYPERFEINSTRUKTUR 140
6.3.1 ZEEMAN-EFFEKT BEI SCHWACHEM FELD, /X B -B A 140
6.3.2 ZEEMAN-EFFEKT BEI STARKEM FELD 142
6.3.3 MITTLERE FELDSTAERKEN 143
6.4 MESSUNG DER HYPERFEINSTRUKTUR 145
6.4.1 DAS ATOMSTRAHLVERFAHREN 147
6.4.2 ATOMUHREN 151
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 153
AUFGABEN 153
7 WECHSELWIRKUNG VON ATOMEN MIT STRAHLUNG 159
7.1 AUFSTELLEN DER GLEICHUNGEN 159
7.1.1 STOERUNG DURCH EIN OSZILLIERENDES ELEKTRISCHES FELD 160
7.1.2 NAEHERUNG ROTIERENDER WELLEN 161
7.2 DIE EINSTEIN-B-KOEFNZIENTEN 162
7.3 WECHSELWIRKUNG MIT MONOCHROMATISCHER STRAHLUNG 164
7.3.1 DIE KONZEPTE DER ?R-PULSE UND DER 7R/2-PULSE 165
7.3.2 DER BLOCH-VEKTOR UND DIE BLOCH-KUGEL 165
7.4 RAMSEY-STREIFEN 170
7.5 STRAHLUNGSDAEMPFUNG 173
7.5.1 DAEMPFUNG EINES KLASSISCHEN DIPOLS 173
7.5.2 DIE OPTISCHEN BLOCH-GLEICHUNGEN 176
7.6 DER WIRKUNGSQUERSCHNITT DER OPTISCHEN ABSORPTION 178
7.6.1 WIRKUNGSQUERSCHNITT FUER REINE STRAHLUNGSVERBREITERUNG 183
7.6.2 DIE SAETTIGUNGSINTENSITAET 183
7.6.3 LEISTUNGSVERBREITERUNG 184
7.7 AC-STARK-EFFEKT ODER LICHTVERSCHIEBUNG 185
7.8 ANMERKUNG ZUR SEMIKLASSISCHEN THEORIE 187
7.9 SCHLUSSBEMERKUNGEN 188
IMAGE 4
XII INHALTSVERZEICHNIS
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 190
AUFGABEN 190
8 DOPPLERFREIE LASERSPEKTROSKOPIE 197
8.1 DOPPIER-VERBREITERUNG VON SPEKTRALLINIEN 197
8.2 DIE KREUZSTRAHLMETHODE 200
8.3 SAETTIGUNGSSPEKTROSKOPIE 202
8.3.1 PRINZIPIEN DER SAETTIGUNGSSPEKTROSKOPIE 203
8.3.2 CROSS-OVER-RESONANZEN BEI DER SAETTINGSSPEKTROSKOPIE 205
8.4 ZWEI-PHOTONEN-SPEKTROSKOPIE 211
8.5 KALIBIERUNG BEI DER LASERSPEKTROSKOPIE 217
8.5.1 KALIBRIERUNG DER RELATIVEN FREQUENZ 217
8.5.2 ABSOLUTE KALIBRIERUNG 218
8.5.3 OPTISCHE FREQUENZKAEMME 220
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 225
AUFGABEN 225
9 LASERKUEHLUNG UND LASERFALLEN 231
9.1 DIE STREUKRAFT 232
9.2 ABBREMSEN EINES ATOMSTRAHLS 236
9.2.1 CHIRP-KUEHLUNG 239
9.3 OPTISCHE MELASSE 240
9.3.1 DIE DOPPLER-GRENZE 244
9.4 DIE MAGNETO-OPTISCHE FALLE 247
9.5 EINFUEHRUNG ZUR DIPOLKRAFT 252
9.6 DIE THEORIE DER DIPOLKRAFT 255
9.6.1 OPTISCHE GITTER 261
9.7 DIE SISYPHUS-KUEHLUNG 263
9.7.1 ALLGEMEINE ANMERKUNGEN 263
9.7.2 DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER SISYPHUS-KUEHLUNG 264
9.7.3 GRENZE FUER DEN MECHANISMUS DER SISYPHUS-KUEHLUNG 268
9.8 RAMAN-UEBERGAENGE 270
9.8.1 GESCHWINDIGKEITSAUSWAHL DURCH RAMAN-UEBERGAENGE 270
9.8.2 RAMAN-KUEHLUNG 272
9.9 ATOMFONTAENEN 274
9.10 SCHLUSSBEMERKUNGEN 276
AUFGABEN 277
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XIII
10 MAGNETFALLEN, VERDAMPFUNGSKUEHLUNG UND B EC 285
10.1 DAS PRINZIP DER MAGNETFALLE 285
10.2 MAGNETFALLEN 287
10.2.1 BESCHRAENKUNG IN RADIALER RICHTUNG 287
10.2.2 BESCHRAENKUNG IN AXIALER RICHTUNG 289
10.3 VERDAMPFUNGSKUEHLUNG 291
10.4 BOSE-EINSTEIN-KONDENSATION 295
10.5 BOSE-EINSTEIN-KONDENSATION IN EINGEFANGENEN ATOMAREN DAEMPFEN 297
10.5.1 DIE STREULAENGE 298
10.6 EIN BOSE-EINSTEIN-KONDENSAT 305
10.7 EIGENSCHAFTEN VON BOSE-KONDENSATEN 311
10.7.1 SCHALLGESCHWINDIGKEIT 311
10.7.2 ABKLINGLAENGE 311
10.7.3 KOHAERENZ IM BOSE-EINSTEIN-KONDENSAT 312
10.7.4 DER ATOMLASER 313
10.8 SCHLUSSBEMERKUNGEN 314
AUFGABEN 315
11 ATOMINTERFEROMETRIE 321
11.1 DER YOUNGSCHE DOPPELSPALTVERSUCH 322
11.2 EIN BEUGUNGSGITTER FUER ATOME 325
11.3 DAS DREI-GITTER-INTERFEROMETER 325
11.4 MESSUNG DER ROTATION 328
11.5 DIE BEUGUNG VON ATOMEN DURCH LICHT 330
11.5.1 INTERFEROMETRIE MIT RAMAN-UEBERGAENGEN 331
11.6 SCHLUSSBEMERKUNGEN 334
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 335
AUFGABEN 335
12 IONENFALLEN 337
12.1 DIE KRAFT AUF IONEN IM ELEKTRISCHEN FELD 337
12.2 DAS EARNSHAW-THEOREM 338
12.3 DIE PAUL-FALLE 34C
12.3.1 GLEICHGEWICHTSZUSTAND EINER KUGEL AUF EINEM ROTIERENDEN SATTEL
34C 12.3.2 DAS EFFEKTIVE POTENTIAL IN EINEM WECHSELFELD 34]
12.3.3 DIE LINEARE PAUL-FALLE 341
IMAGE 6
XIV INHALTSVERZEICHNIS
12.4 PUFFERGASKUEHLUNG 346
12.5 LASERKUEHLUNG EINGEFANGENER IONEN 347
12.6 QUANTENSPRUENGE 349
12.7 PENNING-FALLE UND PAUL-FALLE 351
12.7.1 DIE PENNING-FALLE 353
12.7.2 MASSENSPEKTROSKOPIE VON IONEN 355
12.7.3 DAS ANOMALE MAGNETISCHE MOMENT DES ELEKTRONS 355
12.8 ELEKTRONENSTRAHL-IONENFALLEN 357
12.9 AUFGELOESTE SEITENBANDKUEHLUNG 359
12.10 ZUSAMMEFASSUNG ZU IONENFALLEN 361
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 362
AUFGABEN 362
13 QUANTENINFORMATIK 365
13.1 QUBITS UND IHRE EIGENSCHAFTEN 366
13.1.1 VERSCHRAENKUNG 368
13.2 EIN QUANTEN-LOGIKGATTER 370
13.2.1 BILDEN EINES CNOT-GATTERS 371
13.3 PARALLELITAET IN DER QUANTENINFORMATIK 373
13.4 ZUSAMMENFASSUNG QUANTENINFORMATIK 375
13.5 DEKOHAERENZ UND QUANTENFEHLERKORREKTUR 376
13.6 SCHLUSSBEMERKUNGEN 377
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 378
AUFGABEN 379
ANHANG 385
A STOERUNGSTHEORIE 385
A.L MATHEMATIK DER STOERUNGSTHEORIE 385
A.2 GEKOPPELTE KLASSISCHE OSZILLATOREN MIT AEHNLICHEN FREQUENZEN 386
B BERECHNUNG DER ELEKTROSTATISCHEN ENERGIEN 389
C MAGNETISCHE DIPOLUEBERGAENGE 393
D LINIENFORM BEI DER SAETTIGUNGSSPEKTROSKOPIE 395
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS XV
E RAMAN-UEBERGAENGE UND ZWEI-PHOTONEN-UEBERGAENGE 399
E.L RAMAN-UEBERGAENGE 399
E.2 ZWEI-PHOTONEN-UEBERGAENGE 402
F DIE STATISTISCHE MECHANIK DER BOSE-EINSTEIN-KONDENSATION 405
F.L DIE STATISTISCHE MECHANIK VON PHOTONEN 405
F.2 BOSE-EINSTEIN-KONDENSATION 406
F.2.1 BOSE-EINSTEIN-KONDENSATION IN EINER HARMONISCHEN FALLE 408
LITERATURVERZEICHNIS 411
INDEX 419 |
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