Rydbergatome

Rydbergatome

Unter Rydbergatomen versteht man allgemein hochangeregte Atome. Wegen ihrer Größe eignen sie sich besonders gut für den Vergleich der quantenmechanischen und der klassischen Beschreibung gebundener Elektronen.

Die folgenden Animationen zeigen jeweils das Betragsquadrat der Überlagerung der fünf Wasserstoffeigenfunktionen mit den Hauptquantenzahlen n = 17 .. 21 (in Experimenten werden die Atome meistens wesentlich höher angeregt, für die Darstellung im Web werden die Verteilungen aber zu komplex). Je nach Wahl der verbleibenden Quantenzahlen l (Bahndrehimpuls) und m (Orientierung) sowie der Gewichte der Zustände ergeben sich aus der Überlagerung "stationärer Zustände" unterschiedliche Bewegungen des Elektrons (seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit):
Der Bahndrehimpuls nimmt von oben nach unten ab. In der linken Spalte werden die fünf Zustände mit gleichem Gewicht überlagert, in der rechten Spalte wird eine schmale Gaußverteilung (mit Zentrum bei n = 19) verwendet.

l = m = n-1, 40 Bilder
"Kreisförmiges Rydbergatom": Bahndrehimpuls- und magnetische Quantenzahl haben in jedem der fünf Zustände ihren maximalen Wert (der Drehimpulsvektor zeigt nach oben). Das Maximum der Aufenthaltswahrscheinlichkeit rotiert in der "Äquatorebene des Atoms" auf der 19. Bohrschen Bahn (mit einer leichten Unwucht ;-)). Allerdings zerfließt das Maximum und lebt an mehreren Stellen wieder auf (fractional revival). Siehe auch: Kreisförmige Rydbergatome			Je weniger Gewicht die Beimischungen der benachbarten Zustände haben, desto weniger oft lebt das Elektron teilweise wieder auf...
l = m = n-5
Bei kleinerem Drehimpuls werden Perihel und Aphel sichtbar.			Je reiner der Zustand desto besser sieht man die Periheldrehung. Warum ist das Maximum im Perihel kleiner als im Aphel?
l = m = n-15
Bei noch kleinerem Drehimpuls werden die Ellipsenbahnen immer exzentrischer...			Was sehen Sie, wenn Sie die Bilder auf Ihren Rechner kopieren und langsam laufen lassen?
Achtung - wir wechseln die Darstellung: die "Äquatorebene des Atoms" steht jetzt senkrecht auf der Knotenlinie von links vorn nach rechts hinten.
l = 1, m = 0, 80 Bilder
Überlagert man nur p-Zustände (l = 1) mit der Orientierung m = 0, so schwingt das Elektron radial vom Perihel zum Aphel: J.A.Yeazell and C.R.Stroud, Jr., Observation of fractional revivals in the evolution of a Rydberg atomic wave packet, Phys. Rev. A, 43, 9, 5153, 1991.

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