Atomphysik: Eine Einführung

ISBN-13: 9783519330424 / Niemiecki / Miękka / 1994 / 272 str.

Theo Mayer-Kuckuk

Opis

Der Inhalt dieses Buches entspricht in seinem Umfang ungefahr einer einsemestrigen Einfuhrungsvorlesung in die Atomphysik. Vorausgesetzt werden einige Kenntnisse aus der Mechanik und Elektrodynamik sowie Grundkenntnisse in Vektor-und Differential rechnung. Vertrautheit mit der Quantenmechanik wird nicht unbedingt vorausgesetzt. Naturlich ist sie nutzlich, und der Leser wird dann einiges uberschlagen konnen. Aber der vor liegende Text ist vor allem auch fur Studenten gedacht, die etwa gleichzeitig mit dem Studium der Atomphysik und der Quantenmechanik beginnen, oder die sich auf die Quantenmechanik erst vorbereiten wollen. Schliesslich hat sich die Quantenmechanik historisch an der Atomphysik entwickelt und ist auch in der Darstellung nicht gut von ihr zu trennen. Daher werden in dem vorliegenden Text, ausgehend von den experimen tellen Grundlagen, zunachst die einfachsten quantenmechanischen Begriffe erlautert. Es wird dann im weiteren hauptsachlich von der Schrodingergleichung und von einfachen Symmetrie-Betrachtungen Gebrauch gemacht. Diese Darlegungen konnen und sollen ein regulares Studium der Quantenmechanik naturlich nicht ersetzen_ Sie sollen aber eine gewisse Erganzung dadurch bieten, dass die Perspektiven anders liegen als bei einer theo retischen Einfuhrung in die Quantenmechanik. Diese Wiederholung beim Lernen schadet nicht, im Gegenteil: alle Erfahrung zeigt, dass kaum jemand in der Lage ist, Quanten mechanik auf Anhieb zu lernen und damit umzugehen. Das Verstandnis der Quanten mechanik entsteht vielmehr normalerweise durch langere Gewohnung und durch ein vielfaches Durchdenken der Probleme aus verschiedenen Blickrichtungen."

Spis treści

1 Die Grundlagen.- 1.1 Einleitung: Was ist Atomphysik?.- 1.2 Fundamentale Experimente.- 1.3 Die Quantelung der Energie.- 1.4 Spektroskopie, praktische Einheiten.- 1.5 Grenzen der klassischen Beschreibung, Bohrsches Modell.- 2 Teilchen und Wellen.- 2.1 Teilcheninterferenzen.- 2.2 Wellenpakete, Unschärferelation.- 2.3 Die Schrödinger-Gleichung.- 2.4 Einfachste Anwendungen: Rechteckpotential, harmonischer Oszillator.- 3 Einfache Zustände des Wasserstoffatoms.- 3.1 Die Schrödinger-Gleichung im Zentralfeld.- 3.2 Eigenzustände des Wasserstoffatoms.- 3.3 Eigenschaften des Drehimpulses.- 3.4 Diskussion der Wasserstoff-Wellenfunktionen.- 4 Magnetfeld und Spin des Elektrons.- 4.1 Magnetische Momente.- 4.2 Der Spin des Elektrons.- 4.3 Formale Beschreibung des Spins.- 4.4 Relativistische Behandlung des Elektrons.- 5 Vollständige Beschreibung des Wasserstoffspektrums.- 5.1 Spin-Bahn-Kopplung.- 5.2 Die Feinstruktur.- 5.3 Die Hyperfeinstruktur.- 5.4 Quantenelektrodynamische Effekte, Lamb-Shift.- 6 Die Emission von Lichtquanten.- 6.1 Empirisches zu den Auswahlregeln und den Eigenschaften der Quanten.- 6.2 Der Zeeman-Effekt. Weiteres zu den Lichtquanten.- 6.3 Übergangswahrscheinlichkeiten, induzierte und spontane Emission.- 6.4 Die Lebensdauer angeregter Zustände und die Breite von Spektrallinien.- 7 Identische Teilchen.- 7.1 Fermionen und Bosonen.- 7.2 Fermionensysteme, Pauli-Prinzip.- 7.3 Das Heliumatom.- 8 Atome mit mehreren Elektronen.- 8.1 Modelle mit unabhängigen Teilchen.- 8.2 Das Schalenmodell der Hülle.- 8.3 Röntgenspektren.- 8.4 Spektren komplexer Atome.- 9 Die Wechselwirkung der Elektronenhülle mit mangnetischen und elektrischen Feldern.- 9.1 Hyperfeinstruktur komplexer Atome.- 9.2 Atome im äußeren Magnetfeld.- 9.3 Die magnetische Aufspaltung der Hyperfeinstruktur-Terme.- 9.4 Der Stark-Effekt.- 10 Kohärente und inkohärente Strahlungsquellen.- 10.1 Systeme mit vielen Bosonen.- 10.2 Hohlraumstrahlung.- 10.3 Maser und Laser.- 11 Ungewöhnliche Atome.- 11.1 Allgemeines.- 11.2 Positronium und Myonium.- 11.3 Myonische Atome.- 11.4 Hadronische Atome.- 12 Gebundene Atome.- 12.1 Übersicht.- 12.2 Die Ionenbindung.- 12.3 Das Wasserstoffmolekül, die kovalente Bindung.- 12.4 Molekülanregungen.- 12.5 Elektronenzustände im Festkörper.- Anhang A 1. Komplexe Zahlen; Beschreibung der ebenen Welle.- Anhang A 2. Vergleich verschiedener Darstellungsformen der quantenmechanischen Größen.- Literaturhinweise.- Spektraltafel.