Experimentalphysik III (Atomphysik)

196 Kapitel 10. Atome in äußeren Feldern
Wegen der Proportionalität zu B 2 nennt man diesen Effekt auch den quadratischen Zeeman–
Effekt. Der Effekt wird umso größer sein, je größer der magnetische Fluß und damit die
Atomfläche (d.h. r 2 ∼ n 4 )ist.
W ind ∼ n 4 B 2 .
Paramagnetische Atome sind solche Atome mit J �= 0 im Grundzustand.
Im äußeren Magnetfeld tritt die Zeeman–Aufspaltung des Grundzustandes auf. Wegen der
unterschiedlichen Besetzung der Zeeman–Terme im thermischen Gleichgewicht erhält man ein
makroskopisches, magnetisches Dipolmoment. Dies wird bei starken Magnetfeldern, u.a. bei
Rydbergzuständen beobachtet.
Wie steht es mit der Wechselwirkung in elektrischen Feldern? (Stark–Effekt) Der Effekt ist meist
sehr klein, so daß seine Beobachtung hohe Felder und hohe spektrale Auflösung erfordert. Die
Quantenmechanische Behandlung des Stark–Effekts ist sehr viel komplizierter als diejenige des
Zeeman–Effekts, und da der Stark–Effekt für die Untersuchung der Eigenzustände eines Atoms
nicht von Wichtigkeit ist, wollen wir hier nur kurz darauf eingehen. Hier beträgt die Zusatzenergie
Aber wegen
ist
�
〈�µ el 〉 = 〈e�x〉 = e
W el = −�µ el · � E.
W el = �µ el · � E =0.
ψ ∗ (x)�xψ(x)dx =0
Der Erwartungswert 〈�µ el 〉 verschwindet für Zustände definierter Parität, d.h. für Nicht–l–
entartete Zustände, da dann ψ ∗ (x) · ψ(x) eine gerade Funktion in x ist. Da x natürlich eine
ungerade Funtion ist, verschwindet dann das Integral � +∞
−∞ dx.
Wenn �µ el = 0 ist gibt es keine atomare Parelektrizität, (parelektrische Stoffe bestehen aus
Molekülen, die entartet sind), also gibt es auch keine Energieaufnahme W el , die proportional
zu � E ist. Aber ein Atom kann im elektrischen Feld polarisiert werden: Dielektrizität. Dann ist
�µ el ∼ � E und W el = −�µ · � E ∼ E 2 . Die Terme spalten dann im elektrischen Feld auf. Dies nennt
man den quadratischen Stark–Effekt. In der quantenmechanischen Beschreibung ergibt sich
Wel = e 2 �
2
E
ij
|〈ψ j �xψ i 〉| 2
E j − E i
d.h. es müssen zwei Terme unterschiedlicher Parität ψ i und ψ j verbunden werden: Induziertes
Dipolmoment! Eine Ausnahme ist der Wasserstoff. Hier sind die Terme bekanntlich j–entartet,
d.h. 2 s 1/2 und 2 p 1/2 haben die gleiche Energie, d.h. die Wellenfunktionen haben keine definierte
Parität, folglich kann ein permanentes elektrisches Dipolmoment existieren: Linearer Stark–
Effekt.
Ähnlich ist es auch mit den polaren Molekülen z.B. H 2 O: Entartete Zustände.
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