Experimentalphysik III (Atomphysik)

3.7. Impuls und Drehimpulstransport im elektromagnetischen Strahlungsfeld 65
Diese Formel besagt, daß bei leichten Elementen (mit Ausnahme von Wasserstoff) die
Ordnungszahl gleich der Hälfte des Atomgewichts sein muß. Eine solche Beziehung ist am
Anfang des Periodensystems tatsächlich annähernd erfüllt. Die physikalischen Ursachen
dafür sind in der Natur der Kernkräfte zu suchen. (Kern besteht aus Protonen und Neutronen).
3.7 Impuls und Drehimpulstransport im elektromagnetischen
Strahlungsfeld
Wie wir aus Kapitel 3.1wissen, führt ein elektromagnetisches Strahlungsfeld einen Impuls mit
sich.
Die absorbierte Strahlung überträgt also auf den Absorber einen Strahlungsdruck. Analog:
senkrecht reflektierte Strahlung überträgt auf einen Spiegel den doppelten Druck.
Außerdem führt zirkular polarisiertes Licht einen Drehimpuls mit sich.
Wir betrachten ein Plättchen aus doppelbrechendem Material.
Abb. 3.37: Plättchen aus doppelbrechenden Material.
Senkrecht dazu soll Licht auffallen. Der � E–
Vektor des Lichts erzeugt ein induziertes elektrisches
Dipolmoment �p, das wegen n x �= n y
nicht mehr kollinear zu � E ist. Das Drehmoment
�T beträgt dann:
�T = �p × � E.
Das Drehmoment pro Volumeneinheit ist dann:
d� T
dV = � P × � �
E = ε0 (ε − 1) � E × � �
E = ε0 (ε � E) × � E
mit Polarisation � P = d�p
dV und � E = const. (d.h.
d � E
dV =0).
d � T
dV ist nur ungleich Null, wenn ε ein Tensor ist, d.h. εx = n2x �= εy = n2y , d.h. anisotropes
(doppelbrechendes) Material vorhanden ist. Dies ist hier der Fall und so erhalten wir mit � E =
(Ex ,Ey , 0) und εxy = εxz = εyz =0:
dTz dV = ε � 2
0 nx (ExEy ) − n 2 y (EyEx )� = ε0ExEy (n 2 x − n2y ) .
Die Welle, die in z = 0 auftrifft, hat die Komponenten Ex = E cos ωt ; E x0 y = E cos(ωt − α)
y0
mit
α = 0 : linear polarisierte Welle
α = π
2
: rechts zirkular polarisierte Welle
α = − π
2
: links zirkular polarisierte Welle