Streuung und Strukturen. Ein Streifzug durch die Quantenphänomene

Von B. Povh u. M. Rosina. Springer, Heidelberg 2003. X + 225 S., 111 Abb., Brosch.,  ISBN 3-540-42887-9 

Das vorliegende Buch mit dem treffenden Titel 'Streuung und Strukturen' ist ein in seiner Art einzigartiger 'Streifzug durch die Quantenphänomene' und hebt sich dadurch wohltuend von den zahlreichen üblichen Darstellungen dieses Themenkreises ab.

Es beginnt mit einem chinesischen Märchen, in dem das hohe Lied auf die Abstraktion bei der Darstellung gesungen wird, und endet mit Auslassungen über 'Teilchen ohne Eigenschaften'. Dazwischen werden in 16 Kapiteln Themen aus der Quantenphysik behandelt, die einer der Autoren (B. P.) als Fragen in Diplomhauptprüfungen benutzt haben will. Daher ist es ein nützlicher Studienbegleiter in den Prüfungsphasen. In einigen Kapiteln geht die Darstellung im intellektuellen Niveau aber weit über das einer Diplomprüfung hinaus und sollte als Sammlung fundamentaler Erkenntnisse insbesondere auch Professorinnen und Professoren ansprechen.

Es ist ein Vergnügen, sich das Buch zu erarbeiten, aber es wird einem nicht leicht gemacht, da fast alles anders dargestellt wird, als man es gewohnt ist. Der Effekt ist, dass man beginnt, eigene Ideen zu dem Stoff zu entwickeln, Dinge, die fehlen, selbst darzustellen oder etwas besser zu erklären. Kurz gesagt, die Kreativität wird enorm angeregt. Man beginnt gewissermaßen virtuell ein eigenes Buch zu schreiben.

Die Autoren finden in der Themenauswahl die grundlegenden Fragestellungen der Quantenphysik und behandeln die Probleme mit einfachen und durchgehenden Methoden. Deshalb eignet sich das Buch als Kompendium für Studenten vor Abschlussprüfungen ebenso wie als ein anregender Begleiter für Lehrende. Ich kann mir auch gut vorstellen, dass es ganz hervorragend als Leitfaden für Seminare zur Quantenphysik dienen kann.

In den Kapiteln eins, zwei, drei und neun wird die Streuung von Photonen, Elektronen, Neutrinos und Neutronen zur Bestimmung der Struktur und Dynamik von Quantensys temen mit reizvollen Methoden behandelt.Im typischen ersten Kapitel wird ausgehend von den quantenmechanischen Resultaten der Photonenstreuung am freien Elektron, der Compton-Streuung, die Verbindung mit der klassisch abgeleiteten Thomson-Streuung aufgezeigt. In einer quantenmechanischen Herleitung wird dargelegt, dass die Thomson-Streuung als Kopplung des Photons an die Fluktuation des Vakuums in Elektron-Positron-Paare zu betrachten ist, was auch zu einer interessanten neuen Deutung des klassischen Elektronenradius führt.
In Kapitel vier werden das Wasserstoff atom und wasserstoffähnliche exotische Atome im Rahmen der Dirac-Theorie als ein fachs te Strukturen der elektromagnetischen Wechselwirkung behandelt. Das sechste Kapitel ist grundlegend für die gebundenen Strukturen der starken Wechselwirkung, der Hadronen.
Die kovalente Bindung des Wasserstoffmoleküls wird im Kapitel sieben sehr ungewöhnlich ausgehend vom Helium-Atom durch Ladungstrennung der Protonen eingeführt. Im achten Kapitel werden die intermolekularen Kräfte und die daraus resultierenden Strukturen bis zur Faltung komplexer Moleküle beschrieben. Analog dazu werden Kernkräfte und leichte Kerne als ¿Moleküle der starken Wechselwirkung¿ im Kapitel zehn eingeführt. In Kapitel 11 bis 15 findet sich eine kohärente Abhandlung entarteter Systeme von Bosonen und Fermionen der verschiedensten Art, wie Quantengase und Quanten-flüssigkeiten mit vielen Beispielen, wie Bose-Einstein-Kondensation, suprafluides Helium, Elektronengas in Metallen, Kerne als Tröpfchen von Fermiflüssigkeiten bis zu Neutronensternen.
Das letzte Kapitel behandelt noch einige offene Fragen der Teilchenphysik, wie etwa die Teilchenfamilien, Neutrino-Oszillationen, schwache Quarkzerfälle, den Higgs-Mechanismus, den Protonenzerfall und die eingangs erwähnten Teilchen ohne Eigenschaften.
Prof. Dr. Paul Kienle, Physikdepartment, TU München, Garching