Experimentalphysik III (Atomphysik)

198 Kapitel 10. Atome in äußeren Feldern
Doppelresonanzmethode:
Abb. 10.9: Zur Doppelresonanz: Es
sind die drei Zeeman–Subniveaus des angeregten
Zustand P1 dargestellt.
Durch Einstrahlung von π–Licht werden Atome in den m J =
0 Anregungszustand gehoben. Die so angeregten Atome
emittieren wiederum π–Licht. Durch Einstrahlung eines
HF–Feldes senkrecht zu � B kann man die Zeeman–Niveaus
m =1,m = −1bevölkern. Das aus diesen Niveaus emittierte
Licht ist aber zirkular polarisiert. Das Auftreten der
zirkular polarisierten Emission kann somit zum Nachweis
der Übergänge ∆m = ±1dienen.
Nachweis der Resonanz also durch Beobachtung optischer
Signale: Man erreicht dadurch eine wesentlich größere
Empfindlichkeit, weil man die Hochfrequenzquanten mit
kleiner Quantenenergie durch die viel energiereicheren
Lichtquanten nachweist. Dadurch wird erst die Messung
der Spinresonanz in einem kurzlebigen Anregungszustand
möglich.
Das Doppelresonanzverfahren führt schließlich zur Methode des optischen Pumpens. DasPrinzip
des optischen Pumpens kann gut am Beispiel der Natrium–D–Linien erläutert werden, z.B. am
Übergang vom Grundzustand 2 S 1/2 zum Anregungszustand 2 P 1/2 .
Abb. 10.10: Optisches Pumpen am Übergang 2 S 1/2–
2 P1/2 des Na–Atoms.
In einem äußeren Magnetfeld sind beide Terme
in die Zeeman–Terme m J = ±1/2 aufgespalten.
Wenn nun das Anregungslicht zirkular polarisiert
ist, wird beispielsweise mit σ + –Übergängen von
m J = −1/2 im Grundzustand der Anregungszustand
mit m J = +1/2 bevölkert. Emission aus
diesem Zustand erfolgt entweder als σ + –Licht in
den Ausgangsterm 2 S 1/2 , m J = −1/2 oderaber
als π–Licht in den Grundzustandsterm mit m J =
+1/2. Insgesamt wird durch diesen Pumpzyklus
die Besetzung der Terme m J = +1/2 im
Grundzustand auf Kosten derer mit m J = −1/2
erhöht. Ein Ausgleich kann durch Relaxationsprozesse,
z.B. durch Stöße der Natrium–Atome
untereinander oder mit der Wand erfolgen. Wenn
diese Prozesse nicht rasch genug sind, kann man
durch Einstrahlen von Mikrowellen Übergänge in
dem Grundzustand induzieren.
THE END