Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz:  Bragg Reflektion d d*sin() Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz: 2d sin() = m *  Wellenlänge Gitterabstand Ganze Zahl

3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3: Kann man Atome sehen???? 3.1: Wie gross sind Atome 3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)

This is the stretch mode for 7 ions (also called breathing mode) This is the stretch mode for 7 ions (also called breathing mode). The frequency of this mode is 185 kHz. The corresponding center-of-mass mode has a frequency of about 107 kHz. You can see that to some extend the center-of-mass mode has also been excited. Center-of-mass mode. The oscillation amplitude is rather high. On the left the ions already leave the laser beam. The whole chain of ions has a length of about 85 micrometers, i.e. the average ion-ion distance is 14 micrometers. Quantum Optics and Spectroscopy Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck http://heart-c704.uibk.ac.at/oscillating_ions.html

Wie „fängt“ man einzelne Ionen?? Paul Falle Penning Falle -> Montag!

3.3 Spuren von Atomen/Ionen in Nebelkammern Teilchen (Heliumkerne) Stoß Mit Magnetfeld www.nobel.se http://www.unibas.ch/physikdidaktik/TEILCHEN_97/EXPTEST.HTML

Verschiebung mit Piezos 3 Dimensional Dämpfung!!! Messung des Tunnelstroms (wird konstant gehalten durch Höhenvariation) Siliziumoberfläche STM Aufnahme Fehlstelle

Atome nicht nur sehen, sondern einzeln manipulieren: Einzelne Xenon Atome, bei –273K (IBM 1989) C60 Moleküle als „Rechenschieber“ (1996)

3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3: Kann man Atome sehen???? 3.1: Wie gross sind Atome 3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt (Folie) 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung

4: Isotopie und Massenbestimmung Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer) Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischen Eigenschaften Hassium (von Hessen!) Bei GSI entdeckt Seltene Erden Actinide

Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe Ionisationsenergie Ordnungszahl

Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm

4: Isotopie und Massenbestimmung Nichtganzahlige Massen: Mittelwert der verschiedenen Isotope d.h. verschiedener Anzahl von Neutronen

Massenspektrometer: Erzeuge geladene Teilchen: z.B. Elektronenstoßionisation (beschleunige Elektronen die Ionisieren, erzeugt Plasma, siehe Leuchtstoffröhre) Laserfeld: Feldionisation 2) Analysiere q/m durch elektrische Felder magnetische Felder Flugzeit zeitabhängige Felder Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig Elektrisch: F = q * E

Massenspektrometer: Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig Elektrisch: F = q * E Kraft senkrecht auf Bewegungsrichtung -> Kreisbahn radius = m/q * v / B zu bestimmen

Massenspektrometer: Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig Elektrisch: F = q * E Ionenquelle m/q Auflösung durch v begrenzt radius = m/q * v / B Aston 1919 „Geschwindigkeitsfocussierung“

Aston: gekreuzte E und B Felder Ziel: verschiedene Geschwindigkeiten auf gleichen Punkt geschickte Kombination von E und B Ablenkung im B Feld tan() = q B L / mv Ablenkung im E Feld: tan() = q E L / mv2 L verschiedene Startwinkel

Richtungsfokussierung “Sektorfeld”

Massenspektrometrie: Massenzahl 20! 19.9876 – 20.0628

Die Bewegung geladener Teilchen in der Sonnenatmosphäre wird durch die Sonnenmagnetfelder mitbestimmt. http://sohowww.estec.esa.nl/

Massenspektrometrie immernoch aktuell: "for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules" Ionisiere biologische Moleküle ohne sie zu zerbrechen!

Wolfgang Paul 1913-1993 Nobelpreis 1989 Quadrupol Massenspektrometer Wechselfelder Näheres: Montags Ergänzungen

3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3: Kann man Atome sehen???? 3.1: Wie gross sind Atome 3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen: 3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt (Folie) 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms Rutherfordstreuung differentieller Wirkungsquerschnitt

5: Kernstruktur des Atoms Wie ist Ladung und Masse im Atom verteilt? Positive Ladung und Masse lokalisiert oder delokalisiert?

5: Kernstruktur des Atoms Betrachte die STREUUNG geladener Teilchen “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b

5: Kernstruktur des Atoms “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Z1Z2 e2 b= 4o 2mv2 sin2(/2) für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen

Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht ist die einzige Messgrösse 5: Kernstruktur des Atoms “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht ist die einzige Messgrösse “Schrotgewehr” Z1Z2 e2 b= 4o 2mv2 sin2(/2)

Was ist ein Wirkungsquerschnitt (differentieller Querschnitt) (2): Bsp: Wald „Fläche auf der die Wirkung Eintritt (z.B. Stoß)“ Nreaktion = Nprojektil Ftarget  Nprojektil Zufällige Verteilung aller Stoßparameter „Flächendichte“ (Teilchen/cm2)“ des Targets ist proportional zur Wahrscheinlichkeit daß eine Reaktion Eintritt, wenn man “zufällig” (alle Stoßparameter) bestahlt. http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_stoss/stoss_streu_3.html

Was ist ein Wirkungsquerschnitt (differentieller Querschnitt) (2): Bsp: Wald „Fläche auf der die Wirkung Eintritt (z.B. Stoß)“ “Wahrscheinlichkeit” in einen Winkel zu streuen Nprojektil Zufällige Verteilung aller Stoßparameter http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_stoss/stoss_streu_3.html

Z1Z2 e2 b= 4o 2mv2 sin2(/2) d.h.für reine Coulombstreuung an Punktteilchen erwartet man eine Wahrscheinlichkeitverteilung der Streuwinkel 1/sin(/2)4

Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment Dünne Gold Folie Radon Gas emittiert  Teilchen Blendenkanal für gerichteten Strahl Mikroskop mit Szintillationsschirm (drehbar) Evakuieren damit an Gold, nicht an Luft gestreut wird

Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment Beobachtung: Rückstreuung! “as if one had fired a large naval shell at a piece of tissue paper and it had bounced back” Widerlegt “plum pudding model” zeigt lokalisierung von Masse und Ladung

Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment

Abweichungen ...

Energie fest, detektiere Streuwinkel Setzt reine Coulombstreuung voraus. d.h. wenn Kernberührung -> Abweichungen! “Coulomb Schwelle” (einige MeV/u)

Winkel fest, variiere Energie Setzt reine Coulombstreuung voraus. d.h. wenn Kernberührung -> Abweichungen!

Wirkungsquerschnitt 3: “allgemeiner” differentieller Wirkunsquerschnitt: “effektive Fläche”, Fläche pro Messintervall für das eintreten einer Reaktion: z.B. Photoabsorbtionsqueschnitt Anregungsquerschnitt für einen bestimmten Übergang Erzeugung eines Teilchens Emission von 10 Teilchen in 10 verschiedene Richtungen und mit verschiedenen Energien

99eV h + He  He2+ + 2e- e2 Ee1=Ee2 e1 Polarization

99eV h + He  He2+ + 2e- e2 Ee1=Ee2 e1 Polarization Einheiten!!