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Mikrowellenspektroskopie am Wasserstoff

Atom- und Molekülphysik, Anwendung der Mikrowellenspektroskopie auf Messungen von Spektrallinien am Wasserstoff-Atom (H-Atom). Ein berühmtes Beispiel für ein solches Experiment ist die Entdeckung der Lamb-Shift im Jahre 1947 durch Lamb und Retherford. Im H-Atom sollte die Feinstrukturkorrektur nur vom Gesamtdrehimpuls, nicht aber vom Bahndrehimpuls abhängen (Drehimpuls), was eine Entartung der Zustände 22S1/2 und 22P1/2 zur Folge hat (Atomspektrum). Tatsächlich fanden Lamb und Retherford eine Aufspaltung von ca. 900 MHz. Die Anordnung zur Messung dieser Aufspaltung ist in Abb. 1 dargestellt: H2-Moleküle werden in einem Ofen bei ca. 2 500 °C thermisch dissoziiert und durch Elektronenbeschuss in den metastabilen Zustand 22S1/2 angeregt. Diese Atome passieren einen abstimmbaren Mikrowellenresonator und werden dann von einem zustandsselektiven Detektor nachgewiesen. Dieser detektiert nur Atome im angeregten Zustand. Atome, die durch Absorption von Mikrowellenstrahlung in den Zustand 22P1/2 oder 22P3/2 übergehen, zerfallen unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in den Grundzustand. Dieser Übergang ist für Atome im Zustand 22S1/2 verboten. Lamb und Retherford fanden zwei Absorptionslinien bei ca. 900 MHz und 10 GHz. Die Resonanz bei 10 GHz entspricht dem Übergang 22S1/2 nach 22P3/2. Die Resonanz bei 900 MHz wurde mit dem Übergang 22S1/2 nach 22P1/2 in Verbindung gebracht.

Die Existenz dieser Energieverschiebung konnte erst im Rahmen der Quantenelektrodynamik erklärt werden.

Mikrowellenspektroskopie am Wasserstoff

Mikrowellenspektroskopie am Wasserstoff: Anordnung von Lamb und Retherford zur Messung der Lamb-Verschiebung.

 

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