Atom- und Quantenphysik Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen

1. 1 Klassische Physik und Quantenphysik Die Atom- und Quantenphysik, in die dieses Buch einführt, ist im wesentlichen ein Kind des ersten Drittels dieses Jahrhunderts. Die Einteilung der klassischen Physik in Gebiete wie Mechanik, Akustik, Wärmelehre, Elektrizität, Optik mußte erweitert werden, als bei fortschreitender Kenntnis vom Aufbau der Materie Atome und Quanten Gegenstand der physikalischen Forschung wurden. Zur klassischen Physik kommt deshalb im 20. Jahr­ hundert die Physik der Atome und der Licht- oder Energie-Quanten hinzu. Ziel der Atomphysik ist das Verständnis des Aufbaus der Atome, ihrer Struktur und ihrer Wechselwirkungen untereinander und mit elektrischen und magnetischen Feldern. Die Atome sind aus dem positiv geladenen Kern und den negativ geladenen Elektronen aufgebaut. Die zwischen diesen Teilchen wirkenden elektromagnetischen Kräfte sind aus der klassischen Physik wohlbekannt. Die Physik der Atomkerne läßt sich allein mit diesen Kräften nicht mehr verstehen. Neue Kräfte- die Kernkräfte- sind hier bestimmend, und die typischen Bindungsener­ gien sind um Größenordnungen höher. Die Untersuchung der Kerne, der Elementarteil­ chen und die gesamte Hochenergiephysik bilden deshalb ein eigenes Teilgebiet der Physik. Es wird hier nicht behandelt. 1. 2 Kurzer historischer Überblick Das Wort Atom kommt aus dem Griechischen und bedeutet das Unzerschneidbare, den kleinsten Baustein der Materie, den man nicht weiter teilen kann. Dieser Begriff wurde im 5. und 4. vorchristlichen Jahrhundert von griechischen Naturphilosophen geprägt. Die ersten atomistischen Theorien über den Aufbau der Materie stammen von Demokrit (460-370), Platon (429-348) und Aristoteles (384--322).