Physik IV Einführung in die Atomistik und die Struktur der ... · Alkalimetalle (Li, Na, …)...
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09.06.2011 Physik IV - Einführung in die Atomistik | Vorlesung 16 | Prof. Thorsten Kröll 1 Physik IV Einführung in die Atomistik und die Struktur der Materie Sommersemester 2011 Vorlesung 16 – 09.06.2011
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Physik IVEinführung in die Atomistikund die Struktur der MaterieSommersemester 2011
Vorlesung 16 – 09.06.2011
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Online-Vorlesung
http://timms.uni-tuebingen.de/Browser/Browser01.aspx?path=%2fUniversit%C3%A4t+T%C3%BCbingen%2fMathematisch-Naturwissenschaftliche+Fakult%C3%A4t%2fPhysik%2fVorlesung+Experimentalphysik+VI+SoSe+2006%2f
Zur Wiederholung vielleicht ganz nützlich:
… etwa doppelt so schnelle Geschwindigkeit wie hier.
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Elektronenkonfigurationaus Demtröder 3
N
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Flussdiagramm des Hartree-Verfahrens
… zur numerischenBestimmung einer selbstkonsistenten Lösungdes Mehrelektronenproblems
Mit Antisymmetrisierung:Hartree-Fock-Verfahren
aus Demtröder 3
∫
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Effektives Potenzial
)()(2
, iii
ieffi rVrerV +−=
innen: „volles“ Potenzial… wasserstoffähnliches Atom (Röntgenspektren,Moseley-Gesetz)
außen: abgeschirmtes Potenzial
Im Extremfall schirmen(Z-1) Elektronen (Z-1)Protonen ab… Z.tes Elektron „sieht“nur noch ein Protonund das Atom ist fastwieder ähnlich demWasserstoff:
Alkalimetalle (Li, Na, …)„Edelgas + Wasserstoff“
aus Mayer-Kuckuk„Atomphysik“
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Innere und letztesElektron(en) („Leuchtelektron“)
aus Mayer-Kuckuk„Atomphysik“
Innere Elektronen sehenNahezu das volle Feld desKerns… normale Abfolge der Zustände
Äussere Elektronen sehennur ein abgeschirmtesFeld … teilweise sogar Änderungder Reihenfolge der Zustände!
Schalenabschlüsse
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Periodensystem der chemischen Elemente
4f
5f
2(2·3+1) = 14 Elektronen
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Schalenmodelldes Atoms
aus Demtröder 3
Die Elektronenverteilungvoll besetzter Schalen
… Maximum wächst systematisch mit Nummer der Schale(bei leichten Elementen gleichHauptquantenzahl)
… Bohrsche „Planetenbahnen“
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Schalenabschlüsse
• Alkali-Atome (Edelgas + 1 „Leuchtelektron“ außerhalb voll besetzter Schale) sind besonders groß
• Edelgase haben besonders hohe Ionisationsenergie
Valenz- oder Leuchtelektronen:Elektronen auf nicht vollständig besetztem Orbital
aus Demtröder 3
Xe
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Antiteilchen
Collins English DictionaryAntiparticle: any of a group of elementary particles that have the samemass and spin as their corresponding particle but have opposite valuesfor all other nonzero quantum numbers. When a particle collides with itsantiparticle, mutual annihilation occurs.
1928: Dirac Gleichung (relativistische Quantenmechanik)Gesamtenergie ist quadratische Formel … was ist die negative Wurzel?
1932: Anderson entdeckt das Positron
( ) ( ) ( ) ( )220
2220
22 cmpcWcmpcW +±=⇒+=
Teilchen und Antiteilchen vernichten sichvollständig zu Energie (Photonen): E=2mc2.
Umgekehrt werden Teilchen und Antiteilchen auch immer nur paarweise aus Energie erzeugt.
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Wasserstoffähnliche exotische Atome
aus Mayer-Kuckuk„Atomphysik“21
21
20 keV/c511
mmmmm
mm
r
e
+=
==
Ef1
=
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Wasserstoffähnliche exotische Atome
Die Bahn des Myonsim myonischen Bleiverläuft hauptssächlichinnerhalb des Bleikerns.
[ ] fm11.7fm2082.1 3/1, =⋅=PbKernr
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Positronium
Gebundenes System aus Elektron und Positron (Antiteilchen desElektrons)
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Positronium / QuarkoniumJ/Ψ
Achtung:In der Kernphysik andere Nomenklatur für Hauptquantenzahl N
cc
Bei kleinen Abständenist QCD-Potenzial zwischen Quarks in etwa proportional 1/r … wie CoulombPositronium ähnlich Quarkonium
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Antiwasserstoff (I)
CPT
C: Teilchen gegenAntiteilchen
P: Paritätsoperation (Spiegelung am Ursprung)
T: Umkehrung derZeitrichtung
Wenn CPT-Symmetrie gilt, sollten atomare Übergänge im Antiwasserstoffgenauso sein, wie im „normalen“ Wasserstoff … was experimentell noch zu zeigen ist!
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Antiwasserstoff (II)
Neutrale Antiwasserstoff-atome werden durch Kraft auf magnetischesMoment im inhomogenenMagnetfeld gespeichert.
BVF
BVrrr
rr
gradgrad ⋅μ=−
⋅μ−=
ALPHA/ATHENA@CERN: Nature 468, 673 (2010)
Nachweis der Atome:Zerstahlung des AntiprotonsBei Kontakt mit „Wand“
