Availability: Atom- und Quantenphysik | Technische Universität München

Atom- und Quantenphysik: Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen

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Main Authors:	Haken, Hermann 1927-2024 (Author), Wolf, Hans Christoph 1929-2020 (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin u.a. Springer 1993
Edition:	5., verb. und erw. Aufl.
Series:	Springer-Lehrbuch
Subjects:	Quantentheorie Atoms Quantum theory Quantenphysik Atomphysik Quantenmechanik Lehrbuch
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adam_text	HERMANN HAKEN HANS CHRISTOPH WOLF ATOM- UND QUANTENPHYSIK EINFUEHRUNG IN DIE EXPERIMENTELLE N UND THEORETISCHEN GRUNDLAGEN FUENFTE, VERBESSERTE UND ERWEITERTE AUFLAG E MIT 273 ABBILDUNGEN, 27 TABELLEN , 160 AUFGABEN UND VOLLSTAENDIGEN LOESUNGEN LISTE DER WICHTIGSTEN VERWENDETEN SYMBOLE XV 1. EINLEITUNG 1 1 .1 KLASSISCHE PHYSIK UND QUANTENPHYSIK 1 1 .2 KURZER HISTORISCHER UEBERBLICK 1 2. MASSE UND GROSSE DES ATOMS 5 2.1 WAS IST EIN ATOM? 5 2.2 BESTIMMUNG DER MASSE 5 X 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 GROEBE DES ATOMS 10 2 .4.1 ANWENDUNG DER KINETISCHEN GASTHEORIE 10 2 .4.2 DER WIRKUNGSQUERSCHNITT 1 1 2 .4.3 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG VON WIRKUNGSQUERSCHNITTEN 14 2 .4.4 BESTIMMUNG DER GROESSE VON ATOMEN AUS DEM KOVOLUMEN 1 5 2 .4.5 GROESSE VON ATOMEN AUS MESSUNGEN DER ROENTGENBEUGUNG AN KRISTALLEN 1 6 2 .4.6 KANN MAN EINZELNE ATOME SEHEN? 2 1 AUFGABEN 2 5 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 3 5 AUFGABEN 3 7 4. KERNSTRUKTUR DES ATOMS 3 9 4.1 DURCHGANG VON ELEKTRONEN DURCH MATERIE 3 9 4.2 DURCHGANG VON A-TEILCHEN DURCH MATERIE (RUTHERFORD-STREUUNG) 4 1 4 .2.1 EINIGE EIGENSCHAFTEN VON A-TEILCHEN 4 1 4 .2.2 STREUUNG VON A-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 5 5 5 .2.2 DIE PLANCKSCHE STRAHLUNGSFORMEL 5 8 5 .2.3 ABLEITUNG DER PLANCKSCHEN FORMEL NACH EINSTEIN 5 9 X 5.3 PHOTOEFFEKT (LICHTELEKTRISCHER EFFEKT) 6 2 5.4 DER COMPTONEFFEKT 6 5 5.4.1 EXPERIMENTE 6 5 5.4.2 ABLEITUNG DER COMPTONVERSCHIEBUNG 6 6 AUFGABEN 6 9 6. DAS ELEKTRON 7 3 6.1 ERZEUGUNG FREIER ELEKTRONEN 7 3 6.2 GROESSE DES ELEKTRONS 7 3 6.3 DIE LADUNG DES ELEKTRONS ' 74 6.4 DIE SPEZIFISCHE LADUNG E/M DES ELEKTRONS 7 5 6.5 ELEKTRONEN UND ANDERE TEILCHEN ALS WELLEN 7 8 6.6 ATOMINTERFEROMETRIE 82 AUFGABEN 8 3 7. EINIGE GRUNDEIGENSCHAFTEN DER MATERIEWELLEN 8 5 7.1 WELLENPAKETE 8 5 7.2 WAHRSCHEINLICHKEITSDEUTUNG 8 9 7.3 DIE HEISENBERGSCHE UNSCHAERFERELATION 9 2 7.4 DIE ENERGIE-ZEIT-UNSCHAERFERELATION 9 4 7.5 EINIGE KONSEQUENZEN AUS DER UNSCHAERFERELATION FUER GEBUNDENE ZUSTAENDE 9 4 AUFGABEN 9 7 8. DAS BOHRSCHE MODELL DES WASSERSTOFF-ATOMS 99 8.1 SPEKTROSKOPISCHE VORBEMERKUNGEN 99 8.2 DAS OPTISCHE SPEKTRUM DES WASSERSTOFF-ATOMS 10 1 8.3 DIE BOHRSCHEN POSTULATE 10 5 8.4 EINIGE QUANTITATIVE FOLGERUNGEN 10 8 8 .5 MITBEWEGUNG DES KERNS 109 8.6 WASSERSTOFF-AEHNLICHE SPEKTREN 11 1 8 .7 MYONEN-ATOME 11 3 8.8 ANREGUNG VON QUANTENSPRUENGEN DURCH STOSS 11 6 8.9 SOMMERFELDS ERWEITERUNG DES BOHRSCHEN MODELL S UND EXPERIMENTELLE BEGRUENDUNG EINER ZWEITEN QUANTENZAHL 11 9 8.10 AUFHEBUNG DER BAHNENTARTUNG DURCH RELATIVISTISCHE MASSENVERAENDERUNG 120 8.11 GRENZEN DER BOHR-SOMMERFELD-THEORIE. BEDEUTUNG DES KORRESPONDENZPRINZIPS 12 1 8 .12 RYDBERG-ATOME 12 2 AUFGABEN 12 4 9. DAS MATHEMATISCHE GERUEST DER QUANTENTHEORIE 12 7 9.1 DAS IM KASTEN EINGESPERRTE TEILCHEN 12 7 9.2 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG 13 1 9.3 DAS BEGRIFFLICHE GERUEST DER QUANTENTHEORIE 13 4 9 .3.1 MESSUNGEN, MESSWERTE UND OPERATOREN 134 9 .3 .2 IMPULSMESSUNG UND IMPULSWAHRSCHEINLICHKEIT 134 9 .3 .3 MITTELWERTE, ERWARTUNGSWERTE 13 5 9 .3 .4 OPERATOREN UND ERWARTUNGSWERTE 13 9 9 .3 .5 BESTIMMUNGSGLEICHUNGEN FUER DIE WELLENFUNKTION 14 0 9 .3 .6 GLEICHZEITIGE MESSBARKEIT UND VERTAUSCHUNGSRELATIONEN 14 1 9.4 DER QUANTENMECHANISCHE OSZILLATOR 14 4 AUFGABEN 15 1 10. QUANTENMECHANIK DES WASSERSTOFF-ATOMS 15 5 10.1 DIE BEWEGUNG IM ZENTRALFELD 15 5 10.2 DREHIMPULS-EIGENFUNKTIONEN 15 7 10.3 DER RADIALTEIL DER WELLENFUNKTION BEIM ZENTRALFELD * 16 3 10.4 DER RADIALTEIL DER WELLENFUNKTION BEIM WASSERSTOFFPROBLEM 16 5 AUFGABEN 17 1 11. AUFHEBUNG DER 1-ENTARTUNG IN DEN SPEKTREN DER ALKALI-ATOME 17 3 11 .1 SCHALENSTRUKTUR 17 3 11 .2 ABSCHIRMUNG 17 5 11 .3 DAS TERMSCHEMA 17 6 11 .4 TIEFERE SCHALEN 18 1 AUFGABEN 18 1 12. BAHN- UND SPIN-MAGNETISMUS, FEINSTRUKTUR 18 3 12.1 EINLEITUNG UND UEBERSICHT 18 3 12.2 MAGNETISCHES MOMENT DER BAHNBEWEGUNG 18 4 12.3 PRAEZESSION UND ORIENTIERUNG IM MAGNETFELD 18 6 12 .4 SPIN UND MAGNETISCHES MOMENT DES ELEKTRONS 18 8 12.5 MESSUNG DES GYROMAGNETISCHEN VERHAELTNISSES NACH EINSTEIN UND DE HAAS 19 0 12.6 NACHWEIS DER RICHTUNGSQUANTELUNG DURCH STERN UND GERLACH 19 1 12.7 FEINSTRUKTUR UND SPIN-BAHN-KOPPLUNG, UEBERSICHT 19 3 12.8 BERECHNUNG DER SPIN-BAHN-AUFSPALTUNG IM BOHRSCHEN ATOMMODELL 194 12.9 NIVEAUSCHEMA DER ALKALI-ATOME 19 8 12.10 FEINSTRUKTUR BEIM WASSERSTOFF-ATOM 199 12.11 DIE LAMB-VERSCHIEBUNG 200 AUFGABEN 204 13. ATOME IM MAGNETFELD, EXPERIMENTE UND DEREN HALBKLASSISCHE BESCHREIBUNG 20 7 13.1 RICHTUNGSQUANTELUNG IM MAGNETFELD 20 7 13.2 DIE ELEKTRONENSPIN-RESONANZ 20 7 13.3 ZEEMAN-EFFEKT 21 0 13 .3 .1 EXPERIMENTE 21 0 13 .3 .2 ERKLAERUNG DES ZEEMAN-EFFEKTS VOM STANDPUNKT DER KLASSISCHEN ELEKTRONENTHEORIE 21 2 13 .3.3 BESCHREIBUNG DES NORMALEN ZEEMAN-EFFEKTS IM VEKTORMODELL 21 4 13 .3.4 DER ANOMALE ZEEMAN-EFFEKT 21 6 13 .3.5 MAGNETISCHES MOMENT BEI SPIN-BAHN-KOPPLUNG 21 7 13.4 DER PASCHEN-BACK-EFFEKT 21 9 13.5 DOPPELRESONANZ UND OPTISCHES PUMPEN 220 AUFGABEN 222 14. ATOME IM MAGNETFELD, QUANTENMECHANISCHE BEHANDLUNG 22 5 14.1 QUANTENTHEORIE DES NORMALEN ZEEMAN-EFFEKTS 22 5 14.2 DIE QUANTENTHEORETISCHE BEHANDLUNG DES ELEKTRONEN- UND PROTONENSPINS 227 14.2.1 DER SPIN ALS DREHIMPULS 227 14.2.2 SPINOPERATOREN, SPINMATRIZEN UND SPINWELLENFUNKTION 228 14.2.3 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG DES SPINS IM MAGNETFELD 23 1 14.2.4 BESCHREIBUNG DER SPINPRAEZESSION MITTELS ERWARTUNGSWERTEN 23 2 14.3 DIE QUANTENMECHANISCHE BEHANDLUNG DES ANOMALEN ZEEMAN-EFFEKTS MIT DER SPIN-BAHN-KOPPLUNG* 23 5 14.4 QUANTENTHEORIE DES SPINS IN EINEM KONSTANTEN UND EINEM DAZU TRANSVERSALEN ZEITABHAENGIGEN MAGNETFELD 23 9 14.5 DIE BLOCHSCHEN GLEICHUNGEN 24 3 14.6 RELATIVISTISCHE THEORIE DES ELEKTRONS. DIE DIRAC-GLEICHUNG 24 7 AUFGABEN 25 2 15. ATOME IM ELEKTRISCHEN FELD 25 5 15 .1 BEOBACHTUNG DES STARK-EFFEKTS 25 5 15.2 QUANTENTHEORIE DES LINEAREN UND QUADRATISCHEN STARK-EFFEKTS 257 15.2.1 DER HAMILTONOPERATOR 257 15.2.2 DER QUADRATISCHE STARK-EFFEKT . STOERUNGSTHEORIE OHNE ENTARTUNG* 25 8 15.2.3 DER LINEARE STARK-EFFEKT. STOERUNGSTHEORIE MIT ENTARTUNG* 26 1 15.3 DIE WECHSELWIRKUNG EINES ZWEI-NIVEAU-ATOMS MIT EINEM KOHAERENTEN RESONANTEN LICHTFELD 26 4 15.4 SPIN- UND PHOTONENECHO 26 8 15.5 EIN BLICK AUF DIE QUANTENELEKTRODYNAMIK * 27 1 15 .5.1 DIE QUANTISIERUNG DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES 27 1 15 .5.2 MASSENRENORMIERUNG UND LAMB-VERSCHIEBUNG 27 6 AUFGABEN 28 3 16. ALLGEMEINE GESETZMAESSIGKEITEN OPTISCHER UEBERGAENGE 28 5 16.1 SYMMETRIEN UND AUSWAHLREGELN 28 5 16 .1.1 OPTISCHE MATRIXELEMENTE 28 5 16 .1.2 BEISPIELE FUER DAS SYMMETRIEVERHALTEN VON WELLENFUNKTIONEN 28 5 16 .1.3 AUSWAHLREGELN 29 0 16 .1.4 AUSWAHLREGELN UND MULTIPOLSTRAHLUNG* 29 3 16.2 LINIENBREITE UND LINIENFORM 29 7 17. MEHRELEKTRONENATOME 30 3 17.1 DAS SPEKTRUM DES HELIUM-ATOMS 30 3 17.2 ELEKTRONENABSTOSSUNG UND PAULI-PRINZIP 30 5 17.3 ZUSAMMENSETZUNG DER DREHIMPULSE 30 6 17.3.1 KOPPLUNGSMECHANISMUS 30 6 17 .3.2 DIE LS-KOPPLUNG (RUSSEL-SAUNDERS-KOPPLUNG) 30 6 17 .3.3 DIE JJ-KOPPLUNG 310 17.4 MAGNETISCHES MOMENT VON MEHRELEKTRONENATOMEN 312 17.5 MEHRFACH-ANREGUNGEN 31 3 AUFGABEN 313 18. ROENTGENSPEKTREN, INNERE SCHALEN 31 5 18.1 VORBEMERKUNGEN 31 5 18.2 ROENTGENSTRAHLUNG AUS AEUSSEREN SCHALEN 31 6 18.3 ROENTGEN-BREMSSPEKTRUM 31 6 18 .4 LINIENSPEKTRUM IN EMISSION : CHARAKTERISTISCHE STRAHLUNG 31 8 18 .5 FEINSTRUKTUR DER ROENTGENSPEKTREN 32 1 18 .6 ABSORPTIONSSPEKTREN 322 18 .7 DER AUGER-EFFEKT 325 18.8 PHOTOELEKTRONEN-SPEKTROSKOPIE, ESCA 32 6 AUFGABEN 32 8 19. AUFBAU DES PERIODENSYSTEMS, GRUNDZUSTAENDE DER ELEMENTE 32 9 19.1 PERIODENSYSTEM UND SCHALENSTRUKTUR 32 9 19.2 GRUNDZUSTAENDE DER ATOME 33 6 19.3 ANREGUNGSZUSTAENDE UND VOLLSTAENDIGES TERMSCHEMA 33 9 19.4 DAS MEHRELEKTRONENPROBLEM. HARTREE-FOCK-VERFAHREN * 340 19.4.1 DAS ZWEI-ELEKTRONENPROBLEM 340 19 .4.2 VIELE ELEKTRONEN OHNE GEGENSEITIGE WECHSELWIRKUNG 34 5 19 .4.3 COULOMBSCHE WECHSELWIRKUNG DER ELEKTRONEN . DAS HARTREE- UND DAS HARTREE-FOCK-VERFAHREN 346 AUFGABEN 349 20. KERNSPIN, HYPERFEINSTRUKTUR 35 1 20.1 EINFLUESSE DES ATOMKERNS AUF DIE SPEKTREN DER ATOME 35 1 20.2 SPIN UND MAGNETISCHES MOMENT VON ATOMKERNEN 35 2 20.3 DIE HYPERFEIN-WECHSELWIRKUNG 35 4 20.4 HYPERFEINSTRUKTUR IM GRUNDZUSTAND DES WASSERSTOFF-ATOM S UND DES NATRIUM-ATOMS 35 9 20.5 HYPERFEINSTRUKTUR IM AEUSSEREN MAGNETFELD, ELEKTRONENSPIN-RESONANZ . 360 X 20.6 DIREKTE MESSUNG VON SPIN UND MAGNETISCHEM MOMENT VON KERNEN, KERNSPIN-RESONANZ 36 5 20.7 ANWENDUNGEN DER KERNSPIN-RESONANZ 369 20.8 DAS ELEKTRISCHE KERN-QUADRUPOLMOMENT 373 AUFGABEN 37 5 21. DER LASER 37 7 21 .1 EINIGE GRUNDBEGRIFFE DES LASERS 37 7 21 .2 BILANZGLEICHUNGEN UND LASERBEDINGUNG 380 21 .3 AMPLITUDE UND PHASE DES LASERLICHTS 384 AUFGABEN 387 22. MODERNE METHODEN DER OPTISCHEN SPEKTROSKOPIE 38 9 22.1 KLASSISCHE METHODEN 38 9 22.2 QUANTEN-SCHWEBUNGEN: QUANTUM BEATS 39 0 22.3 DOPPLER-FREIE SAETTIGUNGSSPEKTROSKOPIE 39 2 22.4 DOPPLER-FREIE ZWEI-PHOTONEN-ABSORPTION 39 4 22.5 NIVEAU-KREUZUNGSSPEKTROSKOPIE (LEVEL CROSSING) UND HANLE-EFFEKT 39 6 22.6 LASERKUEHLUNG VON ATOMEN 398 23. GRUNDLAGEN DER QUANTENTHEORIE DER CHEMISCHEN BINDUNG 405 23.1 VORBEMERKUNGEN 405 23.2 DAS WASSERSTOFF-MOLEKUELION HZ 405 23.3 DER TUNNELEFFEKT 41 1 23 .4 DAS WASSERSTOFF-MOLEKUEL H 2 41 3 23 .5 KOVALENT-IONISCHE RESONANZ 42 0 23 .6 DIE WASSERSTOFFBINDUNG NACH HUND-MULLIKEN-BLOCH 42 1 23 .7 DIE HYBRIDISIERUNG 422 23.8 DIE N-ELEKTRONEN DES BENZOLS C 6 H 6 42 5 AUFGABEN 42 7 MATHEMATISCHER ANHANG 42 9 A. DIE DIRACSCHE DELTAFUNKTION UND DIE NORMIERUNG DER WELLENFUNKTIO N EINES KRAEFTEFREIEN TEILCHENS IM UNBEGRENZTEN RAUM 42 9 B. EINIGE EIGENSCHAFTEN DES HAMILTONOPERATORS, SEINER EIGENFUNKTIONE N UND EIGENWERTE 43 3 C. HERLEITUNG DER HEISENBERGSCHEN UNSCHAERFERELATION 43 4 LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN 43 7 LITERATURVERZEICHNIS ZUR ERGAENZUNG UND VERTIEFUNG 46 5 SACHVERZEICHNIS 46 9 FUNDAMENTAL-KONSTANTEN DER ATOMPHYSIK (VORDERE EINBANDINNENSEITE) ENERGIE-UMRECHNUNGSTABELLE (HINTERE EINBANDINNENSEITE)
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