Atome - Moleküle - Kerne

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1 Atome - Moleküle - Kerne Band I Atomphysik Von Univ.-Professor Dr. Gerd Otter und Akad.-Direktor Dr. Raimund Honecker III. Physikalisches Institut der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen 2., überarbeitete Auflage Mit 192 Figuren und 19 Tabellen B.G.Teubner Stuttgart 1998

2 Inhalt s Verzeichnis 1 Welle Teilchen Dualismus Der Teilchencharakter des Lichts Der Photoeffekt Die Wärmestrahlung schwarzer Körper Der Compton-Effekt Die Gravitationswirkung auf Lichtquanten Der Wellencharakter von Teilchen Die de Broglie-Wellen Das Davisson-Germer-Experiment Die Natur von Materiewellen Das Doppelspaltexperiment Die Heisenbergsche Unschärferelation Zusammenfassung 44 2 Klassische Atomphysik Erste Hinweise auf Atome Die Rutherford-Streuung Das Versagen des Thomson-Modells Das Rutherford-Atommodell Durchgang geladener Teilchen durch Materie Der spezifische Energieverlust geladener Teilchen Die Vielfachstreuung Atomspektren Das Erscheinungsbild der Spektren Experimentelle Methoden Das Bohrsche Atommodell Das Bohrsche Atommodell des Wasserstoffatoms Verfeinerungen des Bohrschen Atommodells Das Korrespondenzprinzip Kritik am Bohrschen Atommodell Anregung von Atomen und Messung der Atomspektren Methoden der Anregung Das Experiment von Pranck und Hertz Zusammenfassung 83 3 Die Schrödinger-Gleichung Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung Die Formulierung der Schrödinger-Gleichung Der Aharonov-Bohm-Effekt Die Schrödinger-Gleichung für stationäre Probleme Anwendungen Das Teilchen im Potentialkasten 98

3 6 INHALTSVERZEICHNIS Das klassische Analogon zum Potentialkasten Die Potentialstufe Der Tunneleffekt Experimentelle Beispiele zum Tunneleffekt Der eindimensionale harmonische Oszillator Der starre Rotator * Operatoren * Observable * Eigenschaften der Observablen * Erwartungswerte * Die zeitunabhängige Störungsrechnung Relativistische Verallgemeinerung Die Dirac-Gleichung Paarerzeugung und Paarvernichtung Zusammenfassung Drehimpulse der Quantenphysik * Die Operatoren des Bahndrehimpulses * Die Spin-Operatoren * Die Drehmatrix * Ein Experiment zur Spinrotation * Die Addition von Drehimpulsen * Die Clebsch-Gordan-Koeffizienten * Die Kopplung von Bahndrehimpuls und Spin * Die Kopplung von Bahndrehimpuls und Spin * Die Erhaltung des Drehimpulses * Zusammenfassung r Atome mit einem Elektron Das Wasserstoffatom als Zentralfeldproblem Die Lösung der Schrödinger-Gleichung * Die Verwendung zweikomponentiger Wellenfunktionen * Die Emission und Absorption von Strahlung * Die spontane Emission elektrischer Dipolstrahlung * Die induzierte Emission und Absorption elektrischer Dipolstrahlung * Die Einstein-Koeffizienten Der Einfluß elektrischer und magnetischer Felder Der normale Zeeman-Effekt Experimente zum Spin und magnetischen Moment des Elektrons Die Feinstrukturaufspaltung Der anomale Zeeman-Effekt * Der Paschen-Back-Effekt * Der Stark-Effekt 260

4 INHALTSVERZEICHNIS * Die Elektronenspinresonanz (ESR) Experimente von extrem großer Genauigkeit * g - 2-Experimente * Die Lamb-Verschiebung Die Hyperfeinstruktur (HFS) Zusammenfassung Mehrelektronenatome Theoretische Grundlagen Das Pauli-Prinzip * Die Slater-Determinante Die Schalenstruktur der Atome Die Spektren der Atome Das Spektrum des Heliumatoms Die Spektren der Alkaliatome Komplexere Spektren Röntgenspektren * Der Aufbau der Atome * Das Heliumatom * Atommodelle * Die Spin-Bahn-Wechselwirkung von komplexen Atomen * Exotische Atome * Myonische Atome * Das Positronium * Das Myonium * Das Spektrallinieriprofil * Die natürliche Linienbreite * Die Verbreiterung durch äußere Einflüsse * Die Messung von Linienbreiten Laser und Maser Grundlegende Mechanismen Laser- und Masertypen Zusammenfassung 425 Anhang 431 A Die Kugelfunktionen Y, m (p,i?) 431 В Eigenschaften reeller und komplexer Matrizen 435 С Eigenschaften der Drehmatrizen 441 D Clebsch-Gordan-Koeffizienten 444 E Die Vektorkugelfunktionen 450 F Die Radialfunktionen des H-Atoms 453 G Mathematische Hilfsmittel 457 H Geladene Teilchen im elektromagnetischen Feld 461

5 8 INHALTSVERZEICHNIS Literaturhinweise 464 Namen- und Sachverzeichnis 466

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