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Tutorial MenueAtomabsorptionsspektrometrieLerneinheit 5 von 10

Feinstruktur der Atomspektren

Quantenelektrodynamische Effekte

Mitte des 20. Jahrhunderts erkannten Lamb und Retherford, dass auch die Dirac-Thorie die Verhältnisse beim Wasserstoffatom noch nicht vollständig beschreibt. Die sehr kleinen Abweichungen der gemessenen Werte von der Theorie kommen dadurch zustande, dass man das elektromagnetische Feld nicht als klassisch gegeben betrachten kann, sondern ebenfalls quantisieren muss. Damit beschäftigt sich die Quantenelektrodynamik, die für die Wechselwirkung von geladenen Teilchen mit den "Teilchen" des quantisierten elektromagnetischen Feldes, den Photonen, zuständig ist.

Quantenelektrodynamische Effekte sorgen nun für die Aufhebung der Entartung der Gesamtdrehimpulsquantenzahl j beim Wasserstoffatom; insbesondere ist das 2 s 1 / 2 -Niveau gegenüber dem 2 p 1 / 2 -Niveau um ca. 10% des Abstandes zum 2 p 3 / 2 -Niveau angehoben. Dieser Effekt wurde von Lamb und Retherford nachgewiesen, indem sie die Übergänge zwischen diesen Niveaus mittels Mikrowellenstrahlung direkt ausmaßen. Der Effekt wird heute als die Lamb-Verschiebung bezeichnet.

Abb.1
Die Lamb-Verschiebung

Gezeigt sind die Energieniveaus des Wasserstoffatoms bis n = 2 mit den Effekten von Feinstruktur (Dirac) und Lamb-Verschiebung (Lamb).

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