Fragen zu Atom- und Laserphysik

13/01/2008 - 02:35 von Robert Schmitt | Report spam
Hallo,

hàtte da mal ein paar Fragen zu Atomen und Lasern, die beim Lesen der
Standardliteratur aufgetaucht sind.

Ist der normale Zeeman-Effekt ein Spezialfall des anormalen? Bzw. kann
ich den normalen Zeemann-Effekt überhaupt exp. messen. So wie ich es
verstehe berücksichtit der normale den Spin nicht, j=l, wàhrend der
anomale j=l+s den Spin miteinschliesst. Kann man also sagen, dass der
normale Zeeman-Effekt nur bei Singulett-Termen S=0 auftaucht oder gibt
es einen exp./theo. Unterschied zum anoralen?

Wie kommt es, dass Rydbergatome so eine lange Lebensdauer haben? n=ca.
100 --> viele freie Zustànde für spontane Emission. Warum haben die
angeregten Zustànde trotzdem Lebensdauern von bis zu 10s?

In allen Büchern wird das Dopplerspektrallinienprofil wie bei
akustischen Wellen erklàrt. Eigentlich sagt die SRT doch aber aus, dass
c konstant ist, unabh. von der Senderquelle, hier also dem Atom. Ist die
Frequenzverschiebung nicht eher ein relativistischer Effekt als durch
den klass. Dopplereffekt begründet. Ändert sich aufgrund der
Atomgeschwindigkeit vielleicht die Lebensdauer der Atomzustànde.

Die Hundschen Regeln gelten ja nur für LS-Kopplung bei leichten Atomen.
Die Abgrenzung zur jj-Kopplung ist wohl nicht scharf. Gibt es für
schwere Elemente àhnliche Regeln, wie die Schalen aufzufüllen sind, oder
làsst sich dies nur exp. durch Spektroskopie feststellen. Ein weitere
Frage dazu wàre, warum bei jj-Kopplung Triplett zu Singulett-Übergànge
erlaubt sind im Gegensatz zur LS-Kopplung. Folgt das wiederum aus
Berechnung der Dipolmatrixelemente?

Warum hat es solange gedauert, bis der erste Laser gebaut wurde? :-) Die
Theorie dafür war ja schon lange davor vorhanden. Hat man keine
geeigneten aktiven Medien gefunden oder zu schlechte Resonatoren gehabt?

Wieso kondensieren lasergekühlte Gase nicht? Was ist der Trick bzw. mein
Denkfehler? ;-) Werden die Photonen dabei nur an den Atomen gestreut
oder werden sie absorpiert und spontan emittiert. Wie muss man sich das
vorstellen. Wird ein Teil von hv für Absorption und ein Teil für
Impulsübertrag genutzt oder ist Emission/Absorption grundsàtzlch mit
Impulsübertrag verbunden?


Danke für Tipps
 

Lesen sie die antworten

#1 Kai-Martin Knaak
13/01/2008 - 04:23 | Warnen spam
On Sun, 13 Jan 2008 02:35:00 +0100, Robert Schmitt wrote:

hàtte da mal ein paar Fragen zu Atomen und Lasern, die beim Lesen der
Standardliteratur aufgetaucht sind.



Ich picke mir mal die raus, zu denen mir spontan etwas einfàllt:


Ist der normale Zeeman-Effekt ein Spezialfall des anormalen?



Ja.


Bzw. kann
ich den normalen Zeemann-Effekt überhaupt exp. messen.



Bei schweren Atomen werden die Energien der stationàren Zustànde durch
die jj-Kopplung bestimmt. Dadurch hat der Spin der am Übergang
beteiligten Elektronen keinen (kaum) Einfluss auf die Spektrallinien. Für
dei Berechnung der Verschiebung im Magnetfeld kann man daher den
Gesamtspin des Atoms vernachlàssigen und nur mit den j der Zustànde
rechnen.


Wie kommt es, dass Rydbergatome so eine lange Lebensdauer haben? n=ca.
100 --> viele freie Zustànde für spontane Emission. Warum haben die
angeregten Zustànde trotzdem Lebensdauern von bis zu 10s?




Je kleiner die Energie-Differenz, desto geringer die
Übergangswahrscheinlichkeit. Außerdem sind die Abstànde der Energien der
Zustànde um so kleiner, je höher n ist. Also sind Übergànge zwischen
Rydbergzustànden schonmal unwahrscheinlich. Übergànge zu "normalen"
Zustànden haben das Problem dass der geometrische Überlapp der
beteiligten Zustànde recht gering ist. Ähnlich wie beim Frack-Condon-
Prinzip bewirkt dies eine geringe Übergangswahrscheinlichkeit. Außerdem
muss die Drehimpulserhaltung gewàhrleistet sein. Das bedeutet, dass ein
Übergang mit Dipolstrahlung von einem Rydbergzustand zu einem "normalen
nur dann in Frage kommt, wenn das L bereits einen entsprechend kleinen
Wert hat. (Auswahlregeln)


In allen Büchern wird das Dopplerspektrallinienprofil wie bei
akustischen Wellen erklàrt. Eigentlich sagt die SRT doch aber aus, dass
c konstant ist, unabh. von der Senderquelle, hier also dem Atom.



Du hast dgerade den grundlegenden Unterschie zwischen der Ausbreitung von
Schall und Licht im Vakuum entdeckt.


Ist die
Frequenzverschiebung nicht eher ein relativistischer Effekt als durch
den klass. Dopplereffekt begründet.



So lange dei Geschwindigkeit der Artome oder Ionen gering gegenüber der
Lichtgeschwindigkeit ist, kann man ohne zu große Fehler die nicht-
relativistischen Formeln verwenden.


Ändert sich aufgrund der
Atomgeschwindigkeit vielleicht die Lebensdauer der Atomzustànde.



Im Laborsystem ja. Allerdings hat die Lebensddauer nicht viel mit der
Dopplerverschiebung zu tun. Außerdem sind Atome eher selten mit
relativistischen Geschwindigkeiten unterwegs, wenn sie nicht gerade in
einen Beschleuniger geraten sind.


Die Hundschen Regeln gelten ja nur für LS-Kopplung bei leichten Atomen.
Die Abgrenzung zur jj-Kopplung ist wohl nicht scharf.



Ja.
In gewisser Weise dient LS und jj dazu, den jeweiligen Zustànden
eindeutige Namen zu geben. In Wirklichkeit liegen fast immer Mischformen
vor.


Wieso kondensieren lasergekühlte Gase nicht?



Zwei einzelne Atome, die sich im Vakuum mit der Geschwindigkeit v
begegnen, können sich nicht ohne weiteres zu einem Pààrchen zusammen tun.
Um sowohl Impuls- als auch Energie-Erhaltung zu gewàhrleisten, muss
überschüsssige Energie irgendwie in innerer Energie des entstehenden
Moleküls versenkt werden. Das klappt nur in den seltensten Fàllen. Wenn
die Atome kalt genug sind, ist ihre kinetische Energie in Bezug auf den
gemeinsamen Schwerpunkt kleiner ist als die niedrigste Anregung von
Vibration. Dann haben die Atome keine Chance nach einer Kollision
zusammen zu bleiben.


Wird ein Teil von hv für Absorption und ein Teil für
Impulsübertrag genutzt



Mir ist nicht recht klar, wonach Du hier fragst.


oder ist Emission/Absorption grundsàtzlch mit
Impulsübertrag verbunden?



Ja. Darauf beruht die Kühlung von Atomen mit Lasern.

<(kaimartin)>
Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

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