Atoms in Strong Magnetic Fields
Ruder, Wunner, Herold, Geyer
Atoms in Strong Magnetic Fields
Von H. Ruder, G. Wunner, H. Herold u. F. Geyer.
Springer, Heidelberg 1994. X + 309 S., 93 Abb., Hardcover,
ISBN 3-540-57699-1
Ein Ein-Elektron-Atom im Magnetfeld ist ein kompliziertes System, wenn der Radius der Zyklotronbewegung des Elektrons im Magnetfeld die Größenordnung der Umlaufbahn im Atom erreicht. Wegen seiner unmittelbaren Relevanz in verschiedenen Gebieten wie Astrophysik, Atomphysik, Festkörperphysik und Chaostheorie ist das Wasserstoffatom im Magnetfeld zu einem der meiststudierten atomaren Systeme geworden. Der vorliegende Band, dessen Autoren maßgeblich an dieser Entwicklung beteiligt waren und sind, gibt eine Zusammenfassung des aktuellen Standes.
Die ersten neun Kapitel beschäftigen sich im wesentlichen mit tiefliegenden gebundenen Zuständen, für welche die interessanten Auswirkungen des Magnetfeldes erst bei sehr hohen Feldstärken, um etwa 10 5 Tesla, auftreten, die nur in astrophysikalischen Situationen vorkommen. Die numerische Berechnung von Energieeigenwerten und elektromagnetischen Übergangswahrscheinlichkeiten wird sehr ausführlich beschrieben, und die Ergebnisse sind in umfangreichen Tabellen und Abbildungen festgehalten. Sie befinden sich größtenteils in den Anhängen, welche etwa 40% des Buches ausmachen. Die Tabellen sind auch über Internet abrufbar, und die Autoren bieten an, weitere Zahlen auf Nachfrage zu liefern, falls möglich. Bis auf die noch mageren Ergebnisse für Zwei-Elektronen-Atome wie Helium (Kap. 9) beziehen sich die Rechnungen und Ergebnisse auf das Wasserstoffatom.
Spannend liest sich die faszinierende Geschichte der tatsächlichen Identifikation stark gestörter Wasserstofflinien in den Spektren kosmischer Objekte mit sehr starken Feldern (bis ca. 500 Megagauß). Aufgrund von Fluktuationen der Magnetfelder sind nur solche Spektrallinien beobachtbar, die als Funktion der Feldstärke stationäre Punkte durchlaufen. So ist es zu verstehen, daß aus dem unentwirrbar scheinenden Gestrüpp von Linien überhaupt erkennbare Strukturen hervortreten.
Das zehnte und letzte Kapitel widmet sich dem faszinierenden Bereich hochangeregter Rydberg-Zustände bei Laborfeldstärken bis zu einigen Tesla. Hier ist das Wasserstoffatom im Magnetfeld berühmt geworden als reales physikalisches Beispiel für ein quantenmechanisches System, dessen korrespondierende klassische Dynamik je nach Wahl von Energie und Magnetfeldstärke regulär oder chaotisch verlaufen kann.
"Atoms in Strong Magnetic Fields" ist ein in dieser Form einmaliges Nachschlagewerk und eine wertvolle Ergänzung der umfangreichen, aber bisher eher in Originalarbeiten und einigen Übersichtsartikeln vorhandenen Literatur zum Thema.
H. Friedrich, Garching
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