Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch

Präsentation zum Thema: "Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch"—  Präsentation transkript:

1 Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch
Hauptseminarvortrag von Michael Buser Am 26. November 2002

2 Materie im Magnetfeld Ferromagnetismus (m>>1) Weißschen Bezirke
Blochwände Barkhausen-Sprünge Paramagnetismus (m>1) Diamagnetismus (m<1)

3 Magnetisches Moment der Bahnbewegung

4 Gyromagnetischer Faktor
Klassische Definition Bedeutung Verhältnis von magnetischem Moment zum Drehimpuls Beziehung zum Bahnmoment

5 Experiment von Einstein und de Haas
Versuchsaufbau -Kondensator -Spule -Drehbar gelagerter Eisenstab -Anzeigevorrichtung

6 Experiment von Einstein und de Haas
Überlegung Vorher Stromstoß durch die Spule, Magnetisierung des Stabes Nachher Aus Drehimpulserhaltung folgt:

7 Ergebnis der Messungen
Erwartet: Klassische Beziehung von Drehimpuls und magnetischem Moment stimmt mit der quantenmechanischen überein Gemessen: Ferromagnetische Eigenschaft rührt nicht vom Bahndrehimpuls her

8 Relativistische Quantenmechanik
Bisher Schrödinger-Gleichung (nicht relativistisch) Diracgleichung (relativistisch, Fermi-Teilchen)

9 Relativistische Quantenmechanik
Spinoperator Drehimpulserhaltung (Elektron) Heisenberg‘sche Bewegungsgleichung

10 Elektronenspin Gyromagnetischer Faktor (Näherung) mit
Genaue Herleitung mit Korrektur aus der Quantenelektrodynamik

11 Materie im Magnetfeld Ferromagnetismus vom Elektronenspin verursacht
Pauligleichung Anlegen eines Magnetfeldes in z-Richtung

12 Barnett-Versuch Kurze Drehung eines Eisenstabes
Ausrichten der Elektronenspins Magnetisierung des Stabes Umkehrung des Einstein/de Haas Effekt

13 Relativistische Quantenmechanik
Klein-Gordon Gleichung Relativistische Gleichung für Teilchen mit geradzahligem Spin (Bosonen) z.B.: Photonen mit Spin +/-1

14 Beth-Versuch Nachweis des Photonenspins
Dazu notwendig: Wechselwirkung von Photonen mit Materie Experimente mit Mikrowellenstrahlung Laser

15 Polarisation von elektromagnetischen Wellen
Lineare Polarisation (Spin 0)

16 Polarisation von elektromagnetischen Wellen
Zirkulare Polarisation (Spin +/-1)

17 Polarisation von elektromagnetischen Wellen
Überlagerung von zirkular pol. Wellen Überlagerung beider Wellen Lineare Pol. Elliptische Pol.

18 Der elektrische Dipol Maxwellgleichungen Lorenzkraft
(Homogene Gl.) (Inhomog. Gl.) Linear pol. Welle: Spin 0 Zirkulare Welle: Spin +/-1

19 Der elektrische Dipol Drehbarer Dipol im elektrischen Feld

20 Der elektrische Dipol Phasenverschiebung Frequenzverschiebung
Dipolstrahlung

21 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

22 Versuchsaufbau von P. J. Allen
Klystron Isolator Detector Dual-Mode Transducer Load Quarter-Wave Plate Dipol Rotor

23 Versuchsaufbau von P. J. Allen
Dipollagerung Reflektor

24 Versuchsaufbau von P. J. Allen
Messung der Dipolrotation Dipolrotation Frequenzverschiebung Verlagerung der Extrema im Hohlraumresonator Detektion

25 Versuchsaufbau von P. J. Allen
Messergebnisse

26 Laserexperimente Rotation von Moleküle durch Laserbestrahlung
Center for Optics Photonics and Lasers, Laval University

27 Laserexperimente Homeotropic cell of nematic liquid crystal

28 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

29 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

30 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 Skript: Risken, Quantenmechanik I Sktipt: W. P. Schleich, Elements of QED