Atom- und Molekuelphysik
Vorbereitungskurs zur Diplompruefung in Experimentalphysik  WS01/02


Diese Seite strukturiert den Stoff der Kursvorlesung Physik IV (ohne Umweltphysik)  und gibt Hinweise zur
Vorbereitung (Literatur...). Wenn Sie die Testfragen (die so aehnlich in einer Pruefung gestellt werden koennten)
locker beantworten koennen, dann sind Ihre Pruefungsvorbereitungen schon ziemlich weit gediehen. Sie dienen
der Ueberpruefung des 'physikalischen Verstaendnisses. Solche Fragen sind schwieriger zu beantworten als Fragen zum 'Faktenwissen'.
     In einer Pruefung werden natuerlich auch viele Fragen gestellt, die einfach Fakten abfragen.
Beispiele waeren:
  -Skizzieren Sie das termschema von helium und bezeichnen Sie die Zustaenden mit ihren Quantenzahlen.
  - wie sieht die QWellenfunktion im Wasserstoffgrundzusatnd aus?
   -- wie funktioniert ein Fabry-Perot Interferometer
  -  etc...

Testfragen dieser Farbe weisen ueber die Atomphysik hinaus-- sehr beliebt bei Pruefungen.



empfohlene Buecher zur Vorbereitung:

Das 'Standardbuch' ist Haaken-Wolf: Atomphysik. Dieses Buch ist aber zum Teil schwer verdaulich und verwirrend.
Es ist zudem Theorielastig. Viel Teile sind zumindest im ersten Durchgang entbehrlich.

Wir empfehlen daher nicht mit diesem Buch anzufangen, falls Sie Probleme mit dem Ueberblick haben.
Eine gute Strategie koennte sein, erst eine kompakte einfache Darstellung durchzuarbeiten, die sich auf die 'basics' beschraenkt und
damit einen guten Gesamtueberblick und Grundlage zu bekommen. Im zweiten Schritt koennen Sie dann den Stoff vertiefen indem
sie in eine ausfuehrlicheren'Waelzer' schauen.
      Zur Einfuehrung empfehlen wir :
          A. Beiser, Concepts of Modern Physics, Mc Graw-Hill        (Atom-, Molekuel- und Festkoerperphysik)
  das ist einfach, knapp und sehr gut gemacht....    oder
            M. Alonso und E.J. Finn, PhysikIII: Quantenphysik und statistische Physik, Inter. Europ. Ed. Amsterdam
Hier ist insbesondere eine schoene, kompakte Einfuehrung in die Molekuelphysik enthalten, die eigentlich fuer eine
Standardpruefung schon fast ausreicht.

   Noch  weniger  bekannt ist
           Demtroeder, Experimentalphysik 3, Springer Lehrbuch
Ein sehr schoenes und klares Lehrbuch mit ausgewogener Mischung aus Experiment, Phaenomenologie und theoretichen Konzepten.
Dieses Buch enthaelt auch Festkoerperphysik . Man kann damit anfangen und sich letzten Endes
auch auf dieses Buch beschraenken.  --> zur Anschaffung sehr empfohlen.

Natuerlich ist ein Lehrbuch 'Geschmackssache' und Sie muessen sehen, mit welchen Sie am besten zurecht kommen.



 

  1)  Das mathematische Geruest der Quantenmechanik  (kein Ersatz fuer Theorie)
         -- Vergleich der Beschreibung in klassischer Mechanik mit der Quantenmechanik
         -- Wellenfunktion, Operatoren, Eigenfunktionen und Eigenwerte
         -- Messung und Erwartungswerte
        Literatur: z.B. Haken-Wolf Kap. 9.2 und 9.3,

       Testfragen zur Selbstkontrolle: (sollten Sie sicher beantworten koennen):
           - Was ist der fundamentale Unterschied von der Quantenmechanik und klassischer Mechanik?
           - wann ist die Beschreibung durch die klass. Mechanik ausreichend? Diskutieren Sie das fuer
            a) ein Elektron mit E=10 eV, das durch ein abbildendes System fliegt.
            b) fuer ein Gas der Dichte n und Temperatur T. Wann macht sich die Wellennatur der Gasmolekuele bemerkbar?
               Welche Statistik muss ich benutzen?
            b) fuer einen Rotator
            c) fuer einen Oszillator
           - welche Anforderungen muessen an phys. sinnvolle Wellenfunktionen gestellt werden?
           - wie koennen Sie Messwerte einer Observablen aus der bekannten Wellenfunktion berechnen?
             konkretes  Beispiel: welche Werte wuerde man fuer die kin. Energie des Elektrons im H-Grundzustand messen?
             Was sind die Eigenfunktionen und Eigenwerte der kinet. Energie??
           - welche Observablen sind gleichzeitig messbar. Konkretes Beispiel: starrer Rotator? Wo spielt der physikalisch eine Rolle?

   2) Das Wasserstoffatom ohne Feinstruktur
          --  Wasserstoffspektrum, Termschema und Quantenzahlen (exp. Fakten)
         --  Hamiltonoperator, Erhaltungsgroessen, Drehimpuls, gute Quantenzahlen
         --  die Kugelwellenfunktionen, l, lz, m
         --   Das 1/r Potential:  Energieeigenwerte und Radialwellenfunktionen
          -- Diskussion der Elektronenorbitale   und Aufenthaltswahrscheinlichkeiten  fuer verschiedene l,n
         Literatur  z.B Haken-Wolf kap.10, 11 oder Beiser Kap. 6.
   Testfragen:
      - welche Observablen sind gleichzeitig messbar, we gross sind die zugehoerigen Messwerte fuer
         einen stationaeren Zustand fester Energie?
      -wie sieht das effektive Potential im H-Atom aus, das fuer die Bestimmung der Energie massgebend ist?
      - skizzieren Sie den 2s und 2p Zustand. We vergleichen sich die mittleren Aufenthaltswahrscheinlichkeiten
        w(r)? Warum haben beide dieselbe Energie. Warum ist das beim Na nicht mehr so?
      - wie bekommt man aus der Radialwellenfunktion die radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit?
      - wie sieht die WF eines Elektrons im 2P zustand als Funktion des Winkels aus ( kein aeusseres Feld)? Geben Sie
         die WF explizit an.
      - wie sieht das Energiespektum von H und Na im Vergleich aus.aus?
      - das Potential zwischen Neutron und Proton im Deuteron wird naeherungsweise durch ein Zentralpotential (Kasten)
         beschrieben. Diskutieren Sie qualitativ den Grundzustand und  einen moeglichen ersten angeregten Zustand.
         (Quantenzahlen, Wellenfunktion, Energie).
 

        3) Feinstruktur in Ein-Elektronsystemen: Alkali- und H-Atom
  -- Elektronenspin und magnetisches Moment
    -- effektives Potential bei Alkaliatomen, Aufhebung der l-Entartung, Gesetzmaessigkeit der Serien
   -- Feinstruktur: Wechselwirkung vom magnetischen Moment des  Elektronenspins mit dem Magnetfeld des Huellenelektrons
      magnetische Momente fuer Bahndrehimpuls und Spin, Kopplung von Drehimpulsen. Energieaufspaltung mit
      praktischen Beispielen H-Atom, Na,Cs..
   -- Hyperfeinstruktur: welche Kerne haben Spin und magn. Momente?, Hyperfeinwechselwirkung, Abschaetzung der
      Groesse. beispiele: H-Atom, Na, Cs. Bedeutung der 21 cm Linie fuer die Astrophysik
   -- Das H-Atom mit allen Korrekturen: relativistische Korrektur, Feinstruktur mit Spin relativistisch (Dirac).
      Was ist die Diracgleichung, wo gilt sie , was leistet sie ( qualitativ)
   -- QED Korrekturen: Lambshift
   -- elektroschwache Effekte: Paritaetsverletzung in der Atomphysik ( qualitativ)

  Testfragen:
   -- wie sieht die Elektronenkonfiguration fuer Na aus?
   -- mit Na Atomen wurde Bose-Einsteinkondensation beobachtet. Wieso sind das Bosonen? Gilt das bei beliebigen Temperaturen?
     -  wie sieht das effektive Potential fuer das Leuchtelektron von Alkaliatomen aus? Fuer welche Energieniveaus erwarten sie eine Energie,
        die der des   H-Atoms bei denselben QZ entspricht. Warum sind die S-Orbitale enrgetisch am tiefsten fuer festes n?
   -- wie gross is die WW -Energie zweier magnetischer Dipole als Funktion ihres Abstands?  Wie haengt demnach in erster Naeherung die
        Energieaufspaltung  von      Fein- und Hyperfeinstruktur von der Hauptquantenzahl ab, wie von Z?
  -- warum liegt P3/2  in der Energie hoeher als p1/2 fuer gleiches n?
  -- wie sind Hyperfeinstrukturaufspaltungen experimentell zu beobachten? Welche Rolle spielt der Uebergang F=1 --> F=0 beim Wasserstoff fuer n=1?
  -- was sind qualitativ die Effekte des Strahlungsfeldes auf die Energieniveaus  (QED Korrekturen). Geben Sie 2 Beispiele wie die sich bemerkbar machen.
  -- wieso weicht g von 2 ab - fuer Elektron, fuer Proton?
   -- warum erwarten wir paritaetsverletzung im Atom? Schaetzen Sie die  Groesse dieser Effekte ab. (Feynmandiagramme?)
    -- wenn der n=2 Elektroneneigenzustaende im H-Atom streng kein Eigenzustand zur Paritaet ist, welche Eigenfunktion erwarten Sie dann
         naehrungsweise dafuer ?
 

     4) Das Periodensystem der Elemente: Ueberblick und das Roentgenspektrum.

          -- Ueberblick, Haupt- und Nebengruppenelemente, seltene Erden und Aktiniden
          -- systematische Aenderungen der chemischen Eigenschaften. Charakteristische Physikalische Eigenschaften
         ( Atomvolumen, Metalle, Halbleiter, Isolatoren, magnetische Eigenschaften)
          -- Bauprinzip im 'Schalenmodell', Eigenschaften der Elektronenorbitale und ihr Effekt auf die chemische Bindung
           -- das charakteristische Roentgenspektrum, Erzeugung von Roentgenstrahlung, Absorptionsverhalten
             -- Augereffekt und Quantenausbeute

           Testfragen:
          -- Was charakterisiert Hauptgruppenelemente? Welche Bindungstypen haben sie?
           -- wie unterscheidet sich  die Elektronenkonfiguration von Kalium und Kupfer? Warum sind beides Metalle?
                warum leitet Cu viel besser als Kalium?
           -- warum sind alle Uebergangselemente Metalle? Was wissen Sei ueber ihre magnetischen Eigenschaften?
           -- warum liegt die Bindungsenergie des 5s Elektrons unter dem des 4d Elektrons (qualitativ)
            -- wie viele Lanthaniden gibt es und warum?
                -- wie sieht Spektrum einer Roentgenrohre aus, was aendert sich bei Erhoehung der Anodenspannung?
            -- wieso gibt es im Roentgenbereich Absorptionskanten und keine Absorptionslinien wie im sichtbaren Bereich?
                       Welches material eignet sich am besten zur Abschirmung und warum?
             -- wie koennen freie Elektronenplaetze in inneren Schalen gefuellt werden? Welche Strahlung emittert das Atom dabei?
            --  wie koennen Sie das Emissionspektrum eines Atoms im Roentgenbereich messen?



bis hier 1. Nachmittag

   5) Spektroskopie: Linienform, spektroskopische Methoden
    -- Linienform und Linienbreite: natuerliche Breite, Dopplereffekt und Stossverbreiterung
     -- Spektroskopische Methoden: Prismenspektrometer, Vielstrahlinterferenz: Gitter und Fabry-Perot
          ( Aufloesung, Bandbreite)
    -- Messung der Feinstruktur und Hyperfeinstruktur durch Hochfrequenzexperimente
     -- Laserprinzip
    -- Laserspektroskopie: Festlegung der Laserfrequenz durch Resonator und frequenzbest. Elemente
          dopplerfreie Spektroskopie: a) Saettigungsspektroskopie  b) 2-Photon-Spektroskopie
     - - opt. Messung der H-Feinstruktur mit Lasern.
          exp. Methoden und Laser werden gut im Demstroeder behandelt.

   Testfragen:
     - was sind die physikalsichen Grundvoraussetzungen fuer Lasing?
    - was ist die Kohaerenzlaenge? Wie haengt sie bei natuerlichen Lichtquellen mit Lebensdauer, Linienbreite zusammen.
    - wie  kann man bei Messungen der Energieniveaus die Effekte der Dopplerverbreiterung und der Stossverbreiterung
       vermeiden?
   - wovon haengt die Aufloesung  eines Vielstrahlinterferometers ab, wie erhaelt man bestmoegliche Aufloesung.
      Gibt es prinzipielle Beschraenkungen?
   - was ist ein optischer Resonator?  Fuer welche mittleren Frequenzen gibt es stehende Wellen? Wie laesst sich in ihm ein Wellenlaengenbereich auswaehlen?
    - warum funktionieren Hochfrequenzmethoden trotz Dopplerverschiebung?

6) Auswahlregeln fuer elektromagnetische Uebergaenge
  -- Erhaltungsgroessen fuer 1 Photonuebergange: Energie, Drehimpuls und Paritaet
   -- Diplooperator und Diplomatrixelemente
  --warum im Normalfall nur Dipoluebergaenge? Groesse und Bedeutung von k*r
  -- Uebergangsrate und Auswahlregeln fuer Dipolstrahlung
   -- Bedingungen fuer 1-Photonabsorption

Testfragen:
   -- warum hat das Photon im Normalfall keinen Bahndrehimpuls relativ zum Atom, das es aussendet?
   -- welche Quantenzahlen hat das Photon
   -- was sind die wesentlichen Faktoren, die die Lebensdauer eines Dipoluebergangs bestimmen?
   -- warum lebt der 2s1/2 Zustand im H-Atom lange owohl der Uebergang zum 2p1/2 Zustand 'erlaubt ' ist?
   -- welche Atomuebergaenge kann ich optisch durch Absorption eines Photons anregen?
    -- wie kann ich ein H-Atom optisch anregen?
     -- leben isolierte angeregte He-Atome  im 2 S Zustand beliebig lange?
      -- warum zeigen angeregte Kerne haeufig Multiplolstrahlung (Quadrupol, Oktupol etc...), welche Auswahlregeln gelten?
            Diskutieren Sei die Erhaltung von Drehimpuls und Paritaet fuer diese Uebergange.

    7) Atome in  aeusseren magnetischen und elektrischen Feldern: Zeeman und Starkeffekt

  -- potentielle Energie eines magnetischen Dipols im Magnetfeld, Richtungsquantelung
    -- Energieaufspaltung im 'schwachen' magnetfeld fuer ganz- und halbzahligen Gesamtspin J
   -- Versuch zum Zeemaneffekt; Zahl der Linien und deren Polarisation.
      -- Extremfall eines sehr hohen aeusseren Magnetfelds: Paschen Back Effekt ( Aufbrechen der Spin-Bahn Kopplung)
      -- Elektronenspinresonanz ( Prinzip und moegliche Anwendungen)

    Testfragen:
        -- warum heisst m Magnetquantenzahl??
       -- welche Energien kann ein magnetisches Moment das zu einem Gesamtdrehimpuls J gehoert in einem aeusseren Magnetfeld haben?
      -- In wieviele Energiezustaende spaltet die Lyman Alpha Linie im aeusseren Magnetfeld auf? ( vernachlaessige Hyperfeinstruktur)
            welche Uebergaenge sind moeglich und wie ist die Polarisation der Lichtquanten??
       -- wann kann man den 'normalen' Zeemaneffekt beobachten, also 2 verschobene und eine unverschobene Linie.? (Hinweis: es gibt 2
            Moeglichkeiten)
      -- warum haben die Energiezustaende bei halbzahligem J alle unterschiedliche Energieaufspaltungen?
      -- wann macht es in einem aeusseren Magnetfeld Sinn von einer Aufspaltung der Feinstrukturlinien zu reden?Wann ist die
           Kopplung zwischen den magnetischen Momenten im Atom nicht mehr relevant

    -- Starkeffekt im elektrischen Feld
         Aufspaltung der  Spektrallinien und Abhaengigkeit  von der  elektrischen Feldstaerke
          Berechnung der Aufspaltungen und der Zustandsmischungen mittels Stoerungstheorie.
          Linearer Starkeffekt im H-Atom und seine Ursachen (qualitativ).

   Testfragen:
         -- Woher kommt die quadratische Abhaengigkeit der Energieverschiebung von der el. Feldstaaerke?(ansch. phys. Begruendung)
           Wann kann ein linearer Effekt auftreten?
         - Welche Zustandsmischungen kann die WW zwischen el. Feld und dem Atom bewirken? Wie sieht der Stoeroperator aus?
         -- betrachten Sie den 3p3/2 Zustand im Na Atom. Welche ungestoerten Zustaende wird die WW mit dem elektrischen Feld bevorzugt
            beimischen?
         -- wo spielt der Starkeffekt eine Rolle?

  7. Mehrelektronensysteme
       7.1  Heliumatom und Pauliprinzip

          -- Ununterscheidbarkeit gleicher Teilchen in der Quantenmechanik
           -- Fermionen und Bosonen, Symmetrie gegen Vertauschug von Teilchen
            - Konstruktion symmetrischer und antisymmetrischer WF'en
            -- He: Konzept der Einteilchen -Wellenfunktionen, symm. und antisymmetrische Orts- und Spinwellenfunktionen
           -- Singulett und Triplettzustaende, Grundzustand und erste angeregte Zustaende
            -- Aufenthaltwahrscheinlichkeiten der Elektronen in symm. und antisymm. Ortswellenfunktionen
             -- Energiekorrekturen durch e-e Wechselwirkung: Austauchintegrale, Energiereihenfolge der Niveaus
             -- LS Kopplung und Multiplizitaet der Energieniveaus
             -- Auswahlregeln fuer elektromagnetische Uebergaenge
                   Testfragen:
          -- weshalb sind gleiche Teilchen in der QM ununterschaubar? Gilt das grundsaetzlich oder gibt es Situtaionen wo die Teilchen unterscheidbar sind?
                Versuchen Sie eine quantitative Formulierung.
        -- was bedeutet ununterscheidbar in einem konkreten Fall fuer Aufenthaltwahrscheinlichkeit, Erwartungswerte, Messungen...
        -- Wodurch unterscheiden sich Fermionen und Bosonen, wie sehen ihre Wellenfunktionen aus?
         -- diskutieren Sie das Pauliprinzip, warum hat das was mit der Antisymmetrie der WF zu tun? Geben Sie konkrete Beispiele
          -- durch welche QZ wird ein Zustand im He beschrieben, wie ergibt sich das aus der Konfiguration der Elektronen? Geben sie
               beides an fuer den 2. Triplettzustand.
         -- Welche Zustaende im He Atom sind metastabil und warum? Wie kriegen sie ihre Anregungsenergie los?
          -- woher kommt das Interkombinationsverbot? Gilt das fuer alle Atome?
          -- Diskutieren Sie die LS Kopplung: was sind 'gute' Quantenzahlen, woher kommt die Multiplizitaet der Zustaende und wie gross ist diese?

           7.2 Mehrelektronensysteme
                dieses Thema hat nicht hoechste Prioritaet!

           (  -- Heliumaehnliche : Be, Mg, Ca, ...Zn... Hg
              -- allgemeine Regeln fuer Kopplung von Spins und Bahndrehimpulsen: Multiplizitaeten und Paulischer Lueckensatz
               -*- Hundtsche Regel
                -- exemplarische Beispiele fuer Atomspektren; C,N,O
               -- Hg Spektrum , Interkombinationslinien und Uebergang zur JJ -Kopplung
               --( Prinzip des Hartree-Fockverfahrens zur Berechnung  von Mehrelektronensystemen)

         Testfragen:
              -- Wie aendert sich die Feinstrukturaufspaltung im Triplettzustand als Funktion von Z?
            -- warum ist bei Atomen mit  zwei s-Valenzelektronen kein Triplettzustand als Grundzustand moeglich, warum geht das fuer zwei p-Elektronen?(C)
               -- betrachten Sie die tiefstliegenden Zustaende schwerer Atome. Wie findet man die und welcher liegt energetisch am tiefsten? warum?
               -- 'erklaeren ' Sie die Hundtsche Regel
               -- wie kommen fuer kleine Anregungsenergien die angeregten Zustaende zustande? Welche Elektronenkonfiguration haben sie?
               -- Welche Auswahlregeln gelten fuer Dipolstrahlung.
               -- wie sieht der Grundzustand von Kohlenstoff aus? Wie die naechst hoeherliegenden Zustaende. Koennen diese in den Grundzustand zerfallen? )
 
 

           8. Quantenstatistik

               -- Verteillungsfunktion und statistisches Gewicht eines Zustands.
               --  Bose-Einstein und Fermi-Dirac Verteilungsfunktionen. Physikalische Ursache der Unterschiede
                -- unter welchen Bedingungen ist die Maxwell-Boltzmannverteilung ausreichend
                --  Strahlungsgesetz: Hohlraumstrahlung als Bosegas.
                -- Leitungselektronen im Metall. Besetzungdichte der Energieniveaus. Beitrag zur spez. Waerme.
                -- Fermidruck: kurze Diskussion von weissen Zwergen und Neutronensternen.

              Testfragen:
                 --  Wie sieht die Besetzungdichte der Rotationsniveaus eines 2-atomigen Molekuels bei Temperatur T aus??
                  -- welche   Energieverteilung haben Protonen im Innern der Sonne?
                       Welche Statistik ist jeweils angebracht und warum?
               -- betrachte Wasserstoffgas bei Zimmertemperatur und bei sehr tiefer  Temperatur ( mK).
                     Was aendert sich? Welche Statistik wird bei genuegend tiefer Temperatur gebraucht? Welche Energieverteilung erwarten Sie dan
                      fuer das      Wasserstoffgas?
               -- was ist die thermische Wellenfunktion?
               -- geben Sie einige Beispiele fuer Boson und Fermionsysteme in denen die Ununterscheidbarkeit der Teilchen eine Rolle spielt.
              -- warum tragen Leitungselektronen bei Normaltemperatur nichts zur speziifischen Waerme von Metallen bei?
               -- schaetzen Sie die mittlere freie Weglaenge eines Protons im Pb Kern ab, macht es Sinn von einem mittleren Potential zu reden?
                --  Erklaeren Sie  die relativen Radien von weissen Zwergen und Neutronsternen. Wodurch werden sie jeweils gegen den Gravitationsdruck stabilisiert?

           9.    Molekuele

             9.1 Molekuelbindung
                -- kovalente Bindung und Jonenbindung qualitativ
                -- das H2+  Molekuel:  Schroedingergleichung fuer festen Protonabstand, Naeherungesloesung mit LCAO, Berechnung der Energie in
                      Stoerungsrechnung. Symmetrischer Bindungszustand; Energie, Wellenfunktion, Rolle der Austauschenergie
                 -- das H2 Molekuel: Schroedingergleichung. Ansatz mit Einteilchen Wasserstoffwellenfunktionen.  Para- und Orthowasserstoff
                      Berechnung der Coulombstoerterme: Austauschwechselwirkung. Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen.
                 -- Symmetrie des Molekuels um die Achse: Quantisierung von Lz. Nomenklatur der Molekuelzustaende.
                   -- Abfolge und Besetzungszahlen der Molekuelorbitale. Die einfachsten homeopolaren Molekuele.
                  -- Beispiele fuer 'Jonenbindung'. Elektronendichte und el. Dipolmoment im NaCl
                   -- Hybridisierung: sp, sp2,sp3 mit beispielen, Pi und Sigmabindungen.
                      Beispiele : H2O,Azetylen,Aethylen, Methan, Benzol.. Fullerene

                 Testfragen:

                       -- Erklaeren Sie die Herkunft der 'Austauschenergie' im H2. Wann ist sie gross, wann klein. Warum ist sie entscheidend fuer die chemische Bindung?
                       --skizzieren Sie den Verlauf der Potentialkurve fuer ein homoeopolares Molekuel. Erklaeren Sie sie qualitativ.
                       -- warum bilden Edelgase keine Molekuele?
                        -- wie sieht die Elektronendichte bei 2 atomigen Molekuelen  aus 2 Atomsorten aus?
                     -- Was bedeuten die Bindungsstriche der Chemiker?
                     --  Welche kovalenten Bindungen gibt es; warum sind sie unterschiedlich stark?
                            skizzieren Sie die Elektronendichte bei einer Dreifachbindung des Kohlenstoffs:  Bsp. Azetylen
                      -- was ist Hybridisierung, warum nutzen verschiedene Verbindungen unterschiedliche Hybridwellenfunktionen?

                                     9.2 Molekuelspektroskopie

          -- Das Energiespektrum von 2-atomigen Molekuelen: Elektron- Schwingungs- und Rotationsanregungen
                 Hierarchie der Energieabstaende
          -- Besetzungsdichte der Niveaus bei Normaltemperatur, statistische Verteilung
          -- Mikrowellenspektroskopie: Auswahlregel, Spektrum, Bestimmung der Roationskonstante und eff. Moelkuelabstand
          -- Infrarotspektroskopie; R- und P- Zweige, Auswahlregel fuer Vibrationsanregungen
          -- Eigenschwingungen mehratomiger Molekuele: Beispiel CO2.
          -- sichtbares Molekuelspektum, Stokes shift
          -- Prinzip von Fluoreszenz und Phosphoroszenz
          -- Messung von Spurengasen durch Molekuelspektroskopie; Prinzip an wenigen Beispielen

                   Testfragen:

             -- Skizzieren Sie das Energiespektrum eines 2-atomigen Molekuels incl der ersten elektronichen Anregung
             -- in welchen Energiebereich liegen die Aufspaltungen fuer el. Anregung, Vibration und Rotation
             -- welche Zustaende sind bei 'Normaltemperatur' bevoelkert und wie stark?
             -- Wie wuerden Sie nach Spurengasen durch Infrarotspektroskopie suchen? Wie sieht ein typisches Absorptionsspektrum aus?
              -- Erlaeutern Sie die Eigenschwingungen eines mehratomigen Molekuels, wie machen die sich im Absorptionsspektrum bemerkbar.
             -- was ist Fluoreszenz und Phosphoreszenz?

             10. Kuehlen von Atomen und Bose- Einsteinkondensation
              Dieses Thema ist sehr aktuell und spannend . Die Grundkonzepte solten klar sein

                     -- Laserkuehlung prinzip
                      -- magnetooptische fallen
                      --Verdampfungskuehlung
                      -- Bedingungen fuer Bose-Einstein Kondensation
                      -- kurze Erlaeuterung  eines Experiments zur Bose-Einstein Kondensation .

                       eine schoene Darstellung finden Sie hier: (PDF 650 kB)
                       Laser cooling and trapping of neutral atoms
 

            Testfragen:
              -- warum sind Na Atome Bosonen?
               -- wie tief laesst sich ein gas mit optischer Kuehlung abkuehlen?
               -- Wie sieht die feldkonfiguration einer magnetischen Falle aus... welche Kraefte wirken auf das Atom?
               -- wan tritt Bose-Einstein Kondensation ein, wie macht sie sich bemerkbar?