Emission und Absorption von Photonen

• Angeregter Zustand:
  • Elektron in höherem Energieniveau als im Termschema vorgegeben
  • sollte stabil sein (zumindest im H-Atom)
  • geht unter Aussendung eines Photons in Grundzustand über (spontane Emission)
    
  • Energie des Photons durch Energiedifferenz der Niveaus gegeben
    • ΔE = E_ph = h f
  • typische Zeit bis zur Emission
    • t ≈ 10^-8 s
  • Erklärung der spontanen Emission in Quantenfeldtheorie
  • Ursache der (hellen) Spektrallinien
• Metastabile Zustände:
  • Photonen haben Eigen-Drehimpuls s = 1
  • daher bei Emission eines Atoms normalerweise Δl = ±1
  • Übergang von 2s → 1s so nicht möglich (Δl = 0 !)
  • 2s → 1s geschieht über Aussendung von Photonen mit zusätzlichem Bahndrehimpuls (Multipolstrahlung)
  • unwahrscheinlich, d.h. lange Lebensdauer
    • t ≈ 10^-3 s
• Absorption:
  • Elektron nimmt Photon passender Frequenz auf und geht in angeregten Zustand
    
  • Umkehrung der Emission
  • Frequenz des Photons muss passen
  • Ursache der dunklen Linien im Sonnenspektrum (Frauenhofersche Linien)
• Besetzungszahl:
  • betrachten zwei Energieniveaus E₁, E₂, Energiedifferenz ΔE = E₂ - E₁
  • bei Temperatur T Stöße zwischen Teilchen → einige sind angeregt
  • N₁ bzw. N₂ Zahl der Teilchen im Niveau E₁ bzw. E₂
    
  • im thermischen Gleichgewicht gilt (Boltzmann-Verteilung):
    • 
    • mit k_B = 1.381 · 10^-23 J/K.