Atome, Molekule und optische Physik 2: Molekule und Photonen - Spektroskopie und Streuphysik PDF
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Springer-Lehrbuch · Ingolf V. Hertel C.-P. Schulz Atome, Moleku¨le und optische Physik 2 Moleku¨le und Photonen - Spektroskopie und Streuphysik 123 Prof.Dr.IngolfV.Hertel Dr.C.-P.Schulz Max-Born-Institutfu¨rNichtlineare Max-Born-Institutfu¨rNichtlineare OptikundKurzzeitspektroskopie OptikundKurzzeitspektroskopie Max-Born-Str.2A Max-Born-Str.2A 12489Berlin 12489Berlin Deutschland Deutschland [email protected] [email protected] ZumUmschlagbild:AusschnittausdenPotenzialhyperfla¨chendesdreiatomigenMoleku¨lsLi3mitkoni- scherDurchschneidung,einsogenannter MexikanischerHut“.Angedeutetistauchdie Pseudorotation“ ” ” derdreiAtome.Na¨hereEinzelheitens.Kapitel15.6.2. ISSN0937-7433 ISBN978-3-642-11972-9 e-ISBN978-3-642-11973-6 DOI10.1007/978-3-642-11973-6 SpringerHeidelbergDordrechtLondonNewYork DieDeutscheNationalbibliothek verzeichnet diesePublikation inderDeutschenNationalbibliografie; detailliertebibliografischeDatensindimInternetu¨berhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. (cid:13)c Springer-VerlagBerlinHeidelberg2010 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschu¨tzt. Die dadurch begru¨ndeten Rechte, insbesondere die der U¨bersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung,derMikroverfilmungoderderVervielfa¨ltigungaufanderenWegenundderSpeicherungin Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfa¨ltigungdiesesWerkesodervonTeilendiesesWerkesistauchimEinzelfallnurindenGrenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zula¨ssig. Sie ist grundsa¨tzlich vergu¨tungspflichtig. ZuwiderhandlungenunterliegendenStrafbestimmungendesUrheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder Warenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwa¨renunddahervonjedermann benutztwerdendu¨rften. Einbandentwurf:WMXDesignGmbH,Heidelberg Gedrucktaufsa¨urefreiemPapier SpringeristTeilderFachverlagsgruppeSpringerScience+BusinessMedia(www.springer.com) Meiner Frau Erika IVH Meinem Vater CPS Vorwort Der hier vorgelegte Band 2 unseres Lehrbuchs1 mit den Kapiteln 11 - 20 ver- sucht (zusammen mit Band 1) so etwas wie einen Grundkanon der modernen Atom- und Moleku¨lphysik abzudecken und einen ersten Einstieg in die opti- sche Physik zu bieten. Angesichts der allgemeinen Tendenz zur Verdichtung der einschl¨agigen Studienpl¨ane an unseren Universit¨aten kann nicht eindring- lich genug betont werden, dass dieses unvermindert lebendige und außeror- dentlich produktive Themenfeld physikalischer Forschung – trotz oder gera- de wegen seiner beachtlichen Geschichte – nach wie vor eine unverzichtbare Grundlage bildet fu¨r ein vertieftes Verst¨andnis fast aller Zweige der aktuellen Physik, der Physikalischen Chemie und teilweise auch der Materialwissen- schaften, die sich zunehmend auf molekulare Grundlagen stu¨tzen. DasLehrbuchwendetsichdaherzumeinenanStudierendederPhysikund der Physikalischen Chemie in h¨oheren Semestern, die sich im Rahmen ihres Studiums oder ihrer Forschungsarbeit mit den angesprochenen Themen zu befassenhaben,zugleichaberauchanalle,dieinanderemKontextfeststellen, dass ihnen wichtige Grundlagen aus diesem Gebiet fehlen. Natu¨rlich wendet sichdasBuchauchundganzbesondersandenDoktorandenoderandiejunge Forscherin, die erstmals in diesem Gebiet selbst aktiv werden wollen – oder einfach mehr daru¨ber wissen m¨ochten. Sie werden hier verl¨assliches Wissen und stimulierende Anregungen fu¨r die eigene Arbeit finden. Wir haben daher wieder versucht, neben der Vermittlung elementarer Grundlagen, wo immer m¨oglich auch an die Grenzen der aktuellen Forschung heranzufu¨hren. So werden die interessierten Leser und Leserinnen vieles finden, was u¨ber die typischen Inhalte von Vorlesungen zur Atom- und Moleku¨lphysik hin- ausgeht: zahlreiche Anknu¨pfungspunkte zur modernen Moleku¨lspektroskopie (vorbereitet in Kap. 11 und 12 und ausgefu¨hrt in Kap. 15), eine Pr¨azisierung desBegriffsLicht inKap.13(miteinerkompaktenKurzeinfu¨hrungdesWerk- zeugs Laser), einen sanften, ersten Einstieg in die Quantenoptik in Kap. 14, 1 http://staff.mbi-berlin.de/AMO/Buch-homepage/index.html Band 1 dieses Lehrbuchs (Hertel und Schulz, 2008) ist bei Springer erschienen. VIII Vorwort drei ausfu¨hrliche Kapitel (16-18) u¨ber den aktuellen Stand der Physik elek- tronischer, atomarer, molekularer und ionischer St¨oße (einschließlich der Sto- ßionisation), bis hin zu einer handfesten Nutzanleitung fu¨r die Dichtematrix und Theorie der Messung (Kap. 19), und schließlich, darauf aufbauend, in Kap. 20 die optischen Blochgleichungen, wobei das Thema Quantenoptik mit vielen spannenden Beispielen noch einmal aufgenommen wird. Ein geplan- ter Band 3 wird zu gegebener Zeit noch n¨aher an die aktuelle Forschung auf ausgew¨ahlten, sich besonders dynamisch entwickelnden Gebieten, wie ultra- kalte Materie und Quantengase, Ultrakurzzeit- und Attosekundenphysik und ¨ahnliche Themen heranfu¨hren. DiehiervorgestelltenInhaltebasierenteilweiseaufVorlesungenzurAtom- undMoleku¨lphysikIundIIanderFreienUniversit¨atBerlin,welchedurchdie Verfasser vielfach gehalten wurden, sowie auf mehreren Spezialvorlesungen, dieu¨berdieJahreaufgebautundweiterentwickeltwurden.Band2gehtdavon aus, dass der Leser oder die Leserin Band 1 einigermaßen gru¨ndlich verarbei- tet hat, oder aus anderer Quelle u¨ber entsprechendes Wissen aus Atomphy- sik und Spektroskopie verfu¨gt. Hilfreich sind auch gru¨ndliche Kenntnisse der Quantenmechanik, wiewohl der Leser feststellen wird, dass das Herangehen an beobachtbare, physikalische Ph¨anomene aus dem Blickwinkel der Experi- mentalphysik erfolgt. Zwar hat man sich hier der notwendigen theoretischen Grundlagen zu versichern. Doch schon aus Platzgru¨nden muss die Darstel- lung wesentlich heuristischer und pragmatischer sein, als dies ein strenges, theoretisches Lehrbuch zu leisten vermag. Wir haben uns in mehreren Lesungen“ bemu¨ht, Text, mathematischen ” Formelapparat und Abbildungen so fehlerfrei zu erzeugen, wie dies im Rah- meneinervertretbarenzeitlichenFristm¨oglichwar.DieLeserinnenundLeser desBucheswerdenherzlichgebeten,unsihrekritischenKommentare,Fehler- entdeckungen (auch Tippfehler u.¨a.) oder Verbesserungsvorschl¨age mitzutei- len([email protected]).WirwerdenFehler(wieschonbeiBand1)aufder Websitehttp://staff.mbi-berlin.de/AMO/Buch-homepage/Druckfehler/ DruckfehlerAMO2.pdfkorrigieren,sofernundsobaldsieunsbekanntwerden. Schließlich sei Studenten, die sich vertieft mit den hier angesproche- nen Themen befassen wollen, eine Reihe weiterer Textbu¨cher empfohlen, als erg¨anzende Lektu¨re zum Nachschlagen und Vergleichen: Blum (1996); Brink undSatchler(1994);BransdenundJoachain(2003);Demtr¨oder(2000b,a);En- gelke (1996); Edmonds (1964); Kneubu¨hl und Sigrist (1999); Loudon (1983); Meschede (1999); Mukamel (1999); Otter und Honecker (1996); Steinfeld (1985);Weissbluth(1978);AtkinsundFriedman(2004);BergmannundSchae- fer (1997); Bethge et al. (2004); Born und Wolf (1999). Wir wu¨nschen allen unseren Leserinnen und Lesern eine spannende, anre- gende Lektu¨re sowie effizientes Verstehen und erfolgreiches Lernen. Berlin-Adlershof Ingolf Hertel Oktober 2010 Claus-Peter Schulz Danksagungen VieleKollegenhabenunsindenletztenJahrenermuntertundermahnt,dieses Werk voranzubringen, und uns viele kritische Hinweise, zahlreiche Anregun- gen, vor allem aber auch anschauliches, aktuelles Datenmaterial u¨bermittelt. Sie haben ganz wesentlich dazu beigetragen, wenn es uns gelungen sein soll- te, eine Lu¨cke in der einschl¨agigen Lehrbuchliteratur zu schließen – wie wir jedenfalls hoffen. Ihnen allen m¨ochten wir nachdru¨cklich danken. Beispielhaft seien Robert Bittl, Wolfgang Demtr¨oder, Kai Godehusen, Uwe Griebner, Hartmut Hotop, MarshaLester,JohnP.Maier,ReinhardtMorgenstern,Hans-HermannRitze, Horst Schmidt-B¨ocking, Ernst J. Schumacher, Gu¨nter Steinmeyer, Joachim Ullrich, Mark Vrakking und Roland Wester genannt; ihre Beitr¨age werden im Literaturverzeichnis speziell gewu¨rdigt. Natu¨rlich sind dort auch all die zahlreichen weiteren Quellen dokumentiert, an Hand derer wir uns informiert habenundmitderenHilfewirdieAbbildungendiesesBuchserstellenkonnten. Erw¨ahnt sei, dass das gesamte hier gezeigte graphische Material – natu¨rlich mit Hilfe der Literatur – genuin fu¨r diesen Zweck gefertigt und nicht im cut ” and paste“ Verfahren aus den Vorlagen kopiert wurde. Dabei hat in einer fru¨hen Phase Monika Weber sehr fleißig an der Ge- staltung der Abbildungen mitgewirkt, wofu¨r wir ihr großen Dank schulden. Ganz herzlicher Dank geht auch an meine Tochter (IVH) Melanie Dornhaus, deren engagierte und kritische Durchsicht des Textes und der Bilder vor und w¨ahrend der Drucklegung viel zur Verringerung der unvermeidlichen Fehler und zur Beseitigung einer Reihe von Missverst¨andlichkeiten beigetragen hat. Auch hat sie uns davon u¨berzeugt, dass ein Abku¨rzungsverzeichnis fu¨r den Leser sehr hilfreich sein wird. Bei der Durchsicht des Textes hat uns auch eine Reihe ju¨ngerer Wissen- schaftler aus dem Max-Born-Institut sehr geholfen, Tippfehlern und anderen Unachtsamkeiten auf die Spur zu kommen. Wir danken allen sehr herzlich, besonders aber Sascha Birkner, Franziska Buchner, Christian Eickhoff, Do- minik Kandula, Jens Kopprasch und Jan Philippe Mu¨ller, welche mit großem Engagement und viel Konzentration Druckfahnen gelesen haben.
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