Experimentalphysik III (Atomphysik)

3.6. Wechselwirkung von Licht mit Materie, Atome als Sekundärstrahler 55
Der Effekt ist klein, man braucht zu seiner Untersuchung Spektralapparate sehr hoher Auflösung.
Erklärung: Man kann einen beliebig im Raum schwingenden Atomdipol in eine lineare
Schwingung in z–Richtung und in eine lineare Schwingung in der xy–Ebene zerlegen. Schaltet
man jetzt das Magnetfeld in z–Richtung ein, so erfährt das senkrecht zu � B schwingende Elektron
durch die Lorentzkraft e�v × � B eine Drehung seiner Bewegung. In einem um � B mitrotierenden
Koordinatensystem wird die Lorentzkraft von der Corioliskraft kompensiert:
evB =2mvω L � ω L = eB
2m Larmorfrequenz.
In diesem rotierenden System macht das Elektron dieselbe Bewegung (Frequenz) wie im ruhendem
System ohne Magnetfeld. Die lineare Schwingung läßt sich in zwei Kreisschwingungen
gleicher Frequenz (halbe Amplitude) zerlegen. Ein ruhender Beobachter sieht dann Umläufe
mit ω = ω0 ± ωL . (Die Zentrifugalkraft kann vernachlässigt werden, da mω2 Lr ≪ 2mvωL d.h.
ωL ≪ 2 v
r =2ω0 .)
Parallel zu � B beobachtet man (Longitudinal):
• die beiden (verschobenen) zirkular polarisierten Linien.
Senkrecht zu � B beobachtet man (Transversal):
• Eine linear polarisierte unverschobene Linie, die parallel zu � B polarisiert ist (π–Licht) und
die parallel zu � B nicht ausgestrahlt wird.
• Zwei senkrecht zu � B polarisierte Linien (σ–Licht), frequenzverschoben, da man ” seitlich“
auf die Kreisströme blickt.
Aus dem normalem Zeeman–Effekt kann e/m bestimmt werden! Die Erklärung des Effekts mit
Hilfe von schwingenden Elektronen war somit eine Bestätigung für das Thomson–Modell.
3.6 Wechselwirkung von Licht mit Materie, Atome als
Sekundärstrahler
3.6.1 Beugung, Brechung, Dispersion, Absorption, Resonanzfluoreszenz,
Lebensdauer
Werden die Elektronen der Atome (z.B. thermisch, in Gasentladungen) angeregt, dann erfolgt
aufgrund der Dipolschwingungen eine Emission von elektromagnetischen Wellen, die
Primärstrahlung. Erfolgt die Anregung durch diese elektromagnetischen Wellen, so führen die
Elektronen der Atome erzwungene Schwingungen aus. Man erhält die Sekundärstrahlung. Die
Strahlung ist kohärent zwischen Anregung und Ausstrahlung, d.h. die Phasenbeziehung zwischen
Primär– und Sekundärstrahlung ist zwischen Anregung und Ausstrahlung fest.
Welche Phänomene können mit diesem Modell erklärt werden?
Gegeben sei ein Einkristall, d.h. geordnete Sekundärquellen mit d ≈ 1A. Als Primärstrahlung
werde Licht mit λ ≈ 1A, d.h. Röntgenstrahlung verwendet.