Atomphysik

Klassische Atommodelle

Exotische Atome

  • Welche Vorstellungen hatten die alten Griechen von Atomen?
  • Was versteht man unter dem „Plumpudding-Modell“?
  • Welche Vorhersagen macht das BOHRsche Atommodell?
  • Mit welchen Atommodellen arbeitet die moderne Physik?

Exotische Atome

Bei exotischen Atomen besteht entweder das positive Kernteilchen nicht aus einem Proton oder die negativ geladene Hülle nicht aus einem Elektron, sondern aus anderen Elementarteilchen.

Myonische Atome

Myonische Atome bestehen aus einem Kern der Ladung \(Z \cdot e\), einem negativ geladenen Myon \({\mu^-}\) und einer Anzahl von Elektronen. Dabei lassen sich negative Myonen durch Beschuss von Materie mit Protonen nach folgenden Schema erzeugen:
\[p + n \to n + n + {\pi ^ - } \to n + n + {\mu ^ - } + {{\bar \nu }_\mu }\]
Die bei diesen Reaktionen noch entstehenden Teilchen nennt man Pionen (\(\pi \)) und Neutrinos (\(\nu \)). Die Myonen sind keine stabilen Teilchen, sie zerfallen mit einer Halbwertszeit von \({T_{1/2}} = 2,2 \cdot {10^{ - 6}}{\rm{s}}\) nach dem Schema
\[{\mu ^ - } \to {e^ - } + {{\bar \nu }_e} + {\nu _\mu }\]
Das Myon, welches sehr leicht die Rolle eines Elektrons im Atom einnehmen kann, wird auf einem Orbital hoher Quantenzahl eingefangen und fällt kaskadenartig in den Grundzustand.

Da die Myonenmasse ca. 207mal so hoch ist wie die Elektronenmasse ergeben sich für das Myonen-Atom einige Besonderheiten:

Das Myon hält sich sehr nahe am Kern, z.T. auch innerhalb des Kerns auf. Daher sind Myonen-Atome gut geeignet, um Kerneigenschaften zu erforschen.

Die Energieskala innerhalb des Atoms (typische Abstände der Energieniveaus) wird durch die Rydbergkonstante bestimmt. In diese ist die reduzierte Masse des Myons einzusetzen, welche erheblich größer als die Elektronenmasse ist. Als Folge davon liegen die Übergänge zwischen den Niveaus im Myonen-Atom im Bereich harter Röntgenstrahlung bzw. Gammastrahlung.

Vergleichen Sie hierzu auch die Musteraufgabe über das Myonen-Atom.

Antiwasserstoff

Am CERN ist es gelungen den sogenannten Antiwasserstoff zu erzeugen, der auch als exotisches Atom zählt. Sein Kern besteht aus einem Antiproton und in der Hülle befindet sich das Antiteilchen des Elektrons, das sogenannte Positron.

Vergleichen Sie hierzu auch die Musteraufgabe über das AEGIS-Experiment mit Antiwasserstoff.

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