Dass Atom- und Molekülphysik eng miteinander vernetzt sind, ist bekannt. Diese Einsicht in einem Lehrbuch umzusetzen, war das Anliegen der Autoren, als sie sich an die Arbeit zur ersten Auflage dieses Bandes machten. Und der Erfolg gab ihnen Recht. Nun liegt ihr Werk in einer völlig überarbeiten und aktualisierten Neuauflage vor.
Der Band verbindet die Vermittlung von Grundlagenwissen mit der Darstellung modernster Methoden und Anwendungen. So kann sich der Leser nicht nur die ‘Basics’ etwa in Quantenmechanik und Statistik aneignen. Denn in den neuen Kapiteln finden sich nun auch die jüngsten Erkenntnisse aus der Quantenoptik, zu Atom- und Ionenfallen, Atomen in starken Magnetfeldern und aus der Hochpräzisions-spek-troskopie. Auch die Geheimnisse der Bose-Einstein-Kondensate werden gelüftet.
Am erfolgreichen didaktischen Konzept der ersten Auflage wurde nichts geändert. Alle Herleitungen werden ausführlich erklärt und durchgerechnet, schwierige Gedankengänge und komplizierte Rechnungen werden Schritt für Schritt erläutert.
Tabella dei contenuti
Vorwort ix
I Propädeutik und Existenz 1
1 Einleitung 3
1.1 Physikalische Begriffe 4
1.2 Historischer Überblick 6
2 Atome als Elemente großer Gesamtheiten 15
2.1 Gaskinetik 15
2.2 Elemente der statistischen Physik 19
2.3 Die Maxwell–Boltzmann-Verteilung 23
2.4 Fluktuationen 29
2.5 Die Hohlraumstrahlung 32
2.6 Quantenstatistik und Photonengas 41
2.7 Übungsaufgaben 48
3 Äußere Merkmale und Eigenschaften der Atome 51
3.1 Die Ladung 51
3.2 Die Masse 54
3.3 Massenspektroskopie 58
3.4 Die spezifische Ladung des Elektrons 66
3.5 Relativistische Massenzunahme 68
3.6 Die Größe 72
3.7 Übungsaufgaben 77
II Instrumentarium 81
4 Dualismus Welle–Teilchen 83
4.1 Das Licht als Teilchen 83
4.2 Das Elektron als Welle 88
4.3 Welle–Teilchen-Dualismus 90
4.4 Übungsaufgaben 97
5 Quantenmechanik 99
5.1 Wahrscheinlichkeits-Amplituden 99
5.2 Grundelemente und Wellengleichung 107
5.3 Interpretation 113
5.4 Die Unbestimmtheitsrelation 117
5.5 Minimales Wellenpaket 122
5.6 Erwartungswerte und klassischer Grenzfall 126
5.7 Teilchen in Potentialfeldern 132
5.8 Antiteilchen 141
5.9 Übungsaufgaben 142
6 Experimentelle Methoden der Spektroskopie 145
6.1 Lichtquellen 146
6.2 Spektralzerlegung 153
6.3 Strahlungsnachweis 162
6.4 Übungsaufgaben 168
III Das Freie Atom 169
7 Das Wasserstoffatom 171
7.1 Serien-Formel und Bohrsches Atommodell 171
7.2 Der Franck–Hertz-Versuch 174
7.3 Die Schrödinger-Gleichung mit Coulomb-Wechselwirkung 176
7.4 Der Bahndrehimpuls 184
7.5 Die Eigenfunktionen 191
7.6 Der Spin des Elektrons 195
7.7 Feinstrukturen im Energiespektrum 204
7.8 Wasserstoffähnliche Atome 212
7.9 Übungsaufgaben 218
8 Periodensystem und Schalenstruktur 221
8.1 Pauli-Prinzip und Schalenbau 221
8.2 Experimentelle Daten zum Periodensystem 226
8.3 Röntgen-Spektren 232
8.4 Übungsaufgaben 239
9 Mehrelektronenatome 241
9.1 Die Spektren der Alkali-Atome 241
9.2 Näherungsverfahren mit Zentralpotential 245
9.3 Identische Teilchen 246
9.4 Hartree–Fock-Verfahren 251
9.5 Multiplettstruktur 252
9.6 Rydberg-Atome 256
9.7 Übungsaufgaben 257
10 Strahlende Übergänge 259
10.1 Lebensdauer von Anregungszuständen 259
10.2 Die Intensität von Spektral-Linien 262
10.3 Die Breite von Spektral-Linien 271
10.4 Der Laser 275
10.5 Der Freie-Elektronen-Laser (FEL) 285
10.6 Spektroskopische Methoden mit hoher Auflösung 289
10.7 Bose–Einstein-Kondensate 297
IV Wechselwirkungen 301
11 Dynamische Atomprozesse 303
11.1 Schnelle Atomstöße 303
11.2 Experimentelle Untersuchungen dynamischer Atomprozesse 312
11.3 Spektroskopie bei Innerschalenanregung 320
11.4 Exotische Atome 325
11.5 Übungsaufgaben 333
12 Atome in äußeren Feldern 335
12.1 Die Addition magnetischer Momente 335
12.2 Der Zeeman-Effekt 339
12.3 Der Paschen–Back-Effekt 342
12.4 Atome in sehr starken Magnetfeldern 344
12.5 Der Stark-Effekt 348
12.6 Übungsaufgaben 350
13 Zweiatomige Moleküle 351
13.1 Arten der chemischen Bindung 351
13.2 Bindungs-Potentiale 354
13.3 Separation der Schrödinger-Gleichung 357
13.4 Das Wasserstoff-Molekül 359
13.5 Elektronische Energien und Termsymbolik 362
13.6 Molekülorbitale 366
13.7 Hybridisierung 369
13.8 Schwingungsenergie 370
13.9 Das Franck–Condon-Prinzip 373
13.10 Rotationsenergien 376
13.11 Molekülspektren und das Fortrat-Diagramm 378
13.12 Der Raman-Effekt 383
13.13 Zwischenmolekulare Kräfte 386
14 Ausblick 389
Anhang 393
A Herleitungen und Rechnungen 395
A.1 Herleitung der Beziehung : p V = 2 3 〈ε k〉N 395
A.2 Die Fehlerintegrale 396
A.3 Die Integrale vom Typ ∫ cb dx xn e −ax 398
A.4 Mittelwerte von Verteilungen 398
A. 5 Energie-Schwankungsquadrat der Hohlraumstrahlung 402
A. 6 Der Nabla-Operator ∇ 402
B Naturkonstanten 405
Zitierte Literatur 407
Weiterführende Literatur 409
Personenregister 413
Sachregister 417
Circa l’autore
Klaus Bethge: Studium der Physik an der TU Berlin und der Universitat Heidelberg. 1960 Promotion und 1967 Habilitation an der Universitat Heidelberg. 1967-1969 Research Associate an der University of Pennsylvania, Philadelphia. Seit 1973 Professor an der Universitat Frankfurt am Main.Gernot Gruber: Studium der Physik an der FU Berlin und der Universitat Heidelberg. Promotion an der Universitat Frankfurt. Wissenschaftlicher Angestellter an den Universitaten Heidelberg, Frankfurt und Mainz. Ab 1989 Redakteur im Verlag Bibliographisches Institut und F. A. Brockhaus in Mannheim. Heute im Ruhestand.
Thomas Stöhlker: Studium und Promotion an der Justus-Liebig Universitat Gießen. 1991-1996 Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Darmstadt. 1996-2003 am Institut fur Kernphysik, J. W. Goethe-Universitat Frankfurt; 1999 Habilitation. Seit 2004 Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Darmstadt und APL Professor, J. W. Goethe-Universitat Frankfurt.
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