Grundlegende Eigenschaften der Atomkerne: Wiederholung Hyperfeinstruktur

Transkript

1 Ken- und Teichenphyik Gundeende Eienchaften de Atomkene: Manetiche Moment de Nukeonen Wiedehoun Hypefeintuktu Foien und Übunbätte:

2 Einfühun: Manetiche Moment Keitom ezeut manetiche Dipoment Leitecheife: Stom I ) Manetiche Dipo in Manetfed beitzt potentiee Eneie B 3) Keiende Teichen ezeut Manetfed Dehimpu L Fäche A Manetiche Dipomoment IA enkecht auf A v 1 v v 3 [ v )] d Bohche Maneton: B e m e h

3 Manetiche Moment de Eekton Bohche Maneton: manetiche Moment eine Eekton mit Bahndehimpu 1ħ B e h m e 0, [ev/t] Femionen haben auch Eiendehimpu. fü einen Keitom wäe 1 : -Fakto de Eekton,003 Spin ½ Teichen: Diac Theoie eativitiche QM) Abweichunen von eibt ich innehab de QED: Wechewikun mit Stahunfed

4 Manetiche Moment de Nukeonen Manetiche Moment eine Kene: Einheit de manetichen Momente : Kenmaneton k eh m p m Kenmaneton it um Vehätni de Maen m I cont I [ MeV T ] Anao zum Bohchen Maneton e p k k I h ~ deutich keine. Fü -Fakto de Nukeonen könnte man fü da Poton wie Eekton) ewaten und nu fü da Neuton. Abe da Expeiment zeit : 5,5858 3, fü da Poton fü da Neuton

5 Manetiche Moment de Kene Manetiche Moment de Kene I eh I cont I k k k h m p 14 [ MeV T ] 5,5858 3, fü da Poton fü da Neuton manetiche Momente de Spin: p, , K n K Poton) Neuton) Die anomaen manetichen Momente de Nukeonen ind ein kae Hinwei auf die Subtuktu de Nukeonen.

6 Manetiche Moment de Kene Opeatoen fü eh m h etzt impue N die manetichen Momente : Da totae manetiche Moment zuammen : 1 K ) h Um da manetiche Moment eh m N ich au den manetichen Momenten de Spin und de Bahndeh - Dehimpu de z -Komponente K de Opeato h eine Nukeon mit totaem Dehimpu zu betimmen, mu man auf poizieen. Da manetiche Moment it de den totaen Ewatunwet - zeit in Richtun von - Beta it eich de Poektion von auf

7 -Faktoen de Kene ) ) ) - bzw. ) - mit : it den -Fakto Fü { } { } ) ± ± fü ) - bzw. ) - 1

8 Einneun: Hypefeintuktu Aufund de Koppun de Dehimpue de Ken und de Hüeneektonen kommt e zu eine Aufpatun de Eneien de atomaen Zutände. Dabei wid ein Geamtdehimpu F einefüht, zu dem de Kenpin J und de Dehimpu I de Eektonen koppen: F I J De Geamtdehimpu F kann Wete mit anzzahiem Abtand zwichen I - J und I J) annehmen. Geamtdehimpu de Atom F J Kenpin Hypefeintuktu Feintuktu Bahndehimpu de Eektonen L I Eektonenpin I Eektonendehimpu I Eektonendehimpu I

9 Einneun: Hypefeintuktu bei Waetoff n, 0,1 1, 3/ p 3/ 0, 1, 1/ p 1/, 1/ p 3/ 1/ p 1/ n / F ev E n 10eV Schödine eichun ohne Spin E FS 10-4 ev Feintuktu LS E e 10-4 ev Reativitiche Effekte E Lamb ev Lambhift QED F0 E HFS 10-6 ev Hypefein tuktu Ken)

10 Hypefeintuktu Manetiche Hypefeinwechewikun Da manetiche Kenmoment Moment zu I: J de Ken püt ein Manetfed B I Hüeneektonen am Ot de Ken ezeut wid. da duch die manetiche Wechewikuneneie v E v E M - I B J J B I Ken B Fed duch Atomhüe mit Spin und Dehimpu Wechewikun it ween J Kenmae) typich 10 3 keine a FS. Mit J J K J und B I ~ I Manetiche Hypefeinwechewikun A E h A v I v J Fakto A J K B I 0)/I enthät atomae und nukeae Eienchaften inkuive de -Fakto. E M [ F F J J I I ]

11 Hypefeintuktu de Waetoff-Gundzutand m F m I v F B z B z z ez F z ez v

12 Meun von manetichen Momenten Kene mit manetichem Moment efahen in homoenem B-Fed C) Lamopäziion. Päziionfequenz Wechewikuneneie Zweite oziieende B-Fed Fequenz ω) enkecht zu B Dehmoment Maximae Eneieaboption und Spinfip bei Lamofequenz

13 Eektomanetiche Momente Rabi Atomtahveuch: A, B 1 C, B B, B 3 Expeiment mit 1 H ode 7 Li, eektoniche Konfiuation de Hüe, 0

14 Eektomanetiche Momente Rabi-Atomtahveuch In Manetfed C) findet duch den Zeeman-Effekt eine eneetiche Aufpatun de manetichen Untezutände und eine Päzeion de manetichen Momente um da homoene Manetfed tatt. Eintahun eine eektomanetichen Hochfequenz im Beeich de Maneten C) Induziet bei de ichtien Fequenz, de Lamofequenz, Übeäne zwichen den manetichen Untezutänden. Damit ändet man die z-komponente de manetichen Momente. Die Atome im Maneten B) efahen veändete Kaft und weden nicht meh auf den Detekto fokuiet. Beim Duchfahen de einetahten Fequenz ode de Manetfede C ehät man ein Minimum de ducheaenen Atome am Detekto bei de Lamofequenz de eweiien HF-Übean. Daau wid da manetiche Moment betimmt.

15 Hypefeintuktu de Waetoff-Gundzutand n 1 0 1/ A 4 3A 4 E ev λ 1 cm ν 140 MHz F 1 F 0 Hypefeinaufpatun de Waetoffundzutande: - Atonomie

16 Hypefeintuktu-Anwendun Bidebende Vefahen in de Medizin Manetic Reonance Imain MRI) Nucea Manetic Reonance Imain NMRI) Manetic Reonance Tomoaphy MRT) Nucea Manetic Reonance NMR)