Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch Hauptseminarvortrag von Michael Buser Am 26. November 2002
Materie im Magnetfeld Ferromagnetismus (m>>1) Weißschen Bezirke Blochwände Barkhausen-Sprünge Paramagnetismus (m>1) Diamagnetismus (m<1)
Magnetisches Moment der Bahnbewegung
Gyromagnetischer Faktor Klassische Definition Bedeutung Verhältnis von magnetischem Moment zum Drehimpuls Beziehung zum Bahnmoment
Experiment von Einstein und de Haas Versuchsaufbau -Kondensator -Spule -Drehbar gelagerter Eisenstab -Anzeigevorrichtung
Experiment von Einstein und de Haas Überlegung Vorher Stromstoß durch die Spule, Magnetisierung des Stabes Nachher Aus Drehimpulserhaltung folgt:
Ergebnis der Messungen Erwartet: Klassische Beziehung von Drehimpuls und magnetischem Moment stimmt mit der quantenmechanischen überein Gemessen: Ferromagnetische Eigenschaft rührt nicht vom Bahndrehimpuls her
Relativistische Quantenmechanik Bisher Schrödinger-Gleichung (nicht relativistisch) Diracgleichung (relativistisch, Fermi-Teilchen)
Relativistische Quantenmechanik Spinoperator Drehimpulserhaltung (Elektron) Heisenberg‘sche Bewegungsgleichung
Elektronenspin Gyromagnetischer Faktor (Näherung) mit Genaue Herleitung mit Korrektur aus der Quantenelektrodynamik
Materie im Magnetfeld Ferromagnetismus vom Elektronenspin verursacht Pauligleichung Anlegen eines Magnetfeldes in z-Richtung
Barnett-Versuch Kurze Drehung eines Eisenstabes Ausrichten der Elektronenspins Magnetisierung des Stabes Umkehrung des Einstein/de Haas Effekt
Relativistische Quantenmechanik Klein-Gordon Gleichung Relativistische Gleichung für Teilchen mit geradzahligem Spin (Bosonen) z.B.: Photonen mit Spin +/-1
Beth-Versuch Nachweis des Photonenspins Dazu notwendig: Wechselwirkung von Photonen mit Materie Experimente mit Mikrowellenstrahlung Laser
Polarisation von elektromagnetischen Wellen Lineare Polarisation (Spin 0)
Polarisation von elektromagnetischen Wellen Zirkulare Polarisation (Spin +/-1)
Polarisation von elektromagnetischen Wellen Überlagerung von zirkular pol. Wellen Überlagerung beider Wellen Lineare Pol. Elliptische Pol.
Der elektrische Dipol Maxwellgleichungen Lorenzkraft (Homogene Gl.) (Inhomog. Gl.) Linear pol. Welle: Spin 0 Zirkulare Welle: Spin +/-1
Der elektrische Dipol Drehbarer Dipol im elektrischen Feld
Der elektrische Dipol Phasenverschiebung Frequenzverschiebung Dipolstrahlung
Der elektrische Dipol Umkehrung des Versuches Bisher: Energieübertrag von Welle auf Dipol Verschiebung zu niedrigeren Frequenzen Jetzt: Energieübertrag von Dipol auf Welle Verschiebung zu höheren Frequenzen
Versuchsaufbau von P. J. Allen Klystron Isolator Detector Dual-Mode Transducer Load Quarter-Wave Plate Dipol Rotor
Versuchsaufbau von P. J. Allen Dipollagerung Reflektor
Versuchsaufbau von P. J. Allen Messung der Dipolrotation Dipolrotation Frequenzverschiebung Verlagerung der Extrema im Hohlraumresonator Detektion
Versuchsaufbau von P. J. Allen Messergebnisse
Laserexperimente Rotation von Moleküle durch Laserbestrahlung Center for Optics Photonics and Lasers, Laval University
Laserexperimente Homeotropic cell of nematic liquid crystal
Laserexperimente BS: beam splitter l/2: half wave plate PBS: polarizational beam splitter l/4: quarter wave plate Ec: recombined beam M1-M4: Mirrors Ecp: counter propagating beam LC: the nematic liquid crystall cell
Experiment von Beth Rotation eines Makroskopischen Körpers l/2: rotierende Platte H: Halter (supraleitend) B: Magnetisches Feld R: Rechtzirkular pol. Welle L: Linkszirkular pol. Welle Energieübertrag von Welle auf Platte Rotverschiebung
Literatur J. H. Poynting, Proc. Roy. Soc. 182 (1909) 560 Böhm/Scharmann, Höhere Experimentalphysik, VCH, Weinheim R. Beth, Phys. Rev. 48 (1935) 471 R. Beth, Phys. Rev. 50 (1936) 115 P. J. Allen, Am. J. Phys. 74 (1966) 1105 M. E. J. Friese, Phys. Rev. A54 (1996) 1593 http://www.spiel.org/web/oer/june/jun97/photon.html http://www.einsteindehaaseffekt.de.vu Skript: Risken, Quantenmechanik I Sktipt: W. P. Schleich, Elements of QED