Atomic Physics

Das Buch von Massimo Inguscio und Leonardo Fallani (mit einem Vorwort von Theodor Hänsch) erzählt die Geschichte der Atomphysik beginnend mit den ersten Experimenten zur Spektroskopie von Wasserstoff durch Johann Balmer im ausgehenden 19. Jahrhundert bis in die Gegenwart. Den Roten Faden bildet dabei die Diskussion grundlegender Experimente.

Im Unterschied zu vielen Lehrbüchern der Atomphysik liegt der Fokus dieses Buches nicht auf einer didaktischen und mathematisch stringenten Erarbeitung des Feldes. Vielmehr entsteht durch die Beschreibung der Original­experimente, die Verwendung von Graphen und Abbildungen aus entsprechenden Veröffentlichungen und die Präsentation experimenteller Techniken ein spannender und sehr gut lesbarer Text, der dem Leser auf anschauliche Weise einen Überblick über die historische Entwicklung und den aktuellen Stand der Forschung vermittelt. Die Lesbarkeit profitiert insbesondere vom Verzicht auf langwierige Herleitungen, zugleich gelingt es den Autoren, durch die Motivation der wichtigsten Formeln ein quantitatives Verständnis der behandelten Experimente und der zugrunde liegenden Physik zu vermitteln.

Zunächst wird die atomare Struktur des Wasserstoffs anhand der relevanten Messungen entwickelt. Anschließend werden die physikalischen Grundlagen und experimentellen Techniken des Laserkühlens von Alkali-Atomen und der Erzeugung und Kontrolle kalter Quantengase sowie die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten dargestellt. Das folgende Kapitel über Spektroskopie an Helium schlägt durch die Diskussion aktueller Experimente zur Messung des Kernradius und der Feinstrukturkonstante den Bogen in die Gegenwart. Anschließend werden Experimente zur Quantensimulation und Präzisionsmessung mit Ionen vorgestellt, um dann in zwei Kapiteln entsprechende Experimente mit neutralen Atomen in optischen Gittern zu diskutieren. Leider bleibt die Behandlung der Experimente mit Ionen sehr knapp. Vielleicht hätte es sich hier angeboten, die Diskussion parallel zu den Experimenten mit Neutralatomen zu führen. Im Anhang finden sich die wichtigsten mathematischen Modelle zur Beschreibung der Atom-Licht-Wechselwirkung, der Laseroptik und der Bose-Einstein-Kondensa­tion.

Durch die Konzentration auf experimentelle Techniken eignet sich das Buch besonders für Studierende, die mit den Grundlagen schon ein wenig vertraut sind. Interessierten Lesern bietet es durch die vielfältigen Verweise auf Originalveröffentlichungen und etablierte Lehrbücher reichhaltige Möglichkeiten zur Vertiefung. Von großem Nutzen kann dieses Buch sicher auch für fortgeschrittene Leser sein, die ihr Verständnis der experimentellen Methoden und Herausforderungen erweitern möchten.

Dr. Matthias Kohnen, QUEST Institut, PTB Braunschweig und Universität Hannover