Physik der Atome und Moleküle

Physik der Atome und Moleküle

Dieses Lehrbuch, das nun in zweiter Auflage erschienen ist, ist eine wirklich gute und fundierte Einführung in die Atom- und Quantenphysik. Die im Titel aufgeführten Moleküle werden dagegen etwas stiefmütterlich behandelt.

Nach einem historischen Überblick und einer Diskussion von Phänomenen und Experimenten, welche Defizite der klassischen Physik illustrieren und auf die Notwendigkeit einer Erweiterung der klassischen Theorie hinweisen, wird der Leser auf die Entwicklung der Quantenphysik hingeführt. Dazu dient auch eine sehr sorgfältige und detaillierte Darstellung ausgewählter Begriffe der statistischen Physik, wie z. B. Fluktuationen oder Mittelwerte.

Der Welle-Teilchen-Dualismus und seine Lösung durch Wellenpakete als Beschreibung von Teilchen wird mathematisch sauber und begrifflich klar vorgestellt. Dies öffnet den Weg für die quantenmechanische Darstellung und die Schrödinger-Gleichung, die dann allerdings, wie in den meisten Lehrbüchern, nur an eindimensionalen Beispielen ebener Wellen illustriert wird, weil die exakte quantenmechanische Behandlung von Wellenpaketen doch einen wesentlich größeren mathematischen Aufwand erfordert.

Ein ausführliches Kapitel über das freie Atom behandelt das Wasserstoffatom mit Spin, den elektronischen Aufbau größerer Atome, das Pauli-Prinzip, das Hartree-Fock-Verfahren sowie strahlende Übergänge. Dabei werden auch der Laser sowie neuere Entwicklungen der hochauflösenden Spektroskopie und der Atomphysik, wie die Bose-Einstein-Kondensation, kurz dargestellt.

Eigene Kapitel widmen sich den Wechselwirkungen von Atomen in Stoßprozessen und mit äußeren Feldern. Die Behandlung der Moleküle im letzten Kapitel beschränkt sich im Wesentlichen auf zweiatomige Moleküle (außer einem kurzen Exkurs über Hybridisierung und Molekülorbitale). Nach einer Aufzählung der verschiedenen Arten von Bindungen zwischen den Atomen eines Moleküls behandelt dieses Kapitel das Wasserstoff-Molekül, seine elektronischen Termwerte sowie seine Schwingungszustände und deutet an, wie man mit Hilfe der separierten Schrödinger-Gleichung im Rahmen der Born-Oppenheimer-Näherung die Molekülenergien bestimmen kann. Molekülspektren und der Raman-Effekt schließen dieses Kapitel ab.
Ein Anhang mit der mathematischen Behandlung von Fehlerintegralen, von Mittelwerten von Verteilungen und Energie-Schwankungsquadraten der Hohlraumstrahlung ergänzt das Buch.

Das Lehrbuch liest sich gut und bietet bei den meisten Problemen neben einer mathematischen Behandlung auch eine anschauliche Erklärung. Natürlich gibt es, wie für fast jedes Lehrbuch, Kritikpunkte: Die Beschriftungen in einigen Abbildungen (z. B. Abb. 2.3, 2.4 und 3.13) enthalten Druckfehler, der Buchstabe v für das Volumen (S. 42-43) bleibt unerklärt und lässt sich daher leicht mit der Geschwindigkeit v verwechseln. Bei der Erklärung des Doppelspalt-Experiments mit Beobachtung der Elektronen durch eine Lichtquelle (S. 96) sollte darauf hingewiesen werden, dass der Rückstoß nicht die eigentliche Ursache für das Verschwinden der Interferenz ist, sondern die Unbestimmtheit der Kenntnis, durch welchen Spalt das Teilchen die Detektorebene erreicht hat. Der am DESY realisierte freie Elektronenlaser ist nicht der erst in Planung befindliche TESLA-Laser (der im Röntgengebiet emittieren soll) sondern ein Demonstrationslaser, der als Machbarkeitsstudie am DESY gebaut wurde und nicht TESLA heißt.

Dieses sind aber Kleinigkeiten, die den Wert des guten Lehrbuches nicht mindern. Man kann diese Buch daher sehr empfehlen.

Prof. Dr. Wolfgang Demtröder, FB Physik, Universität Kaiserslautern

K. Bethge, G. Gruber und T. Stöhlker:
Physik der Atome und Moleküle
Wiley-VCH, Berlin 2004, X + 427 S., Geb.,
ISBN 3-527-40463-5