2016 Juni

Der Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen auf der Spur

Thursday, 9th June 2016Ausgewählte Publikationen

Im 19. Jahrhundert stellte James Clerk Maxwell die klassische Theorie des Elektromagnetismus auf. Sie beschrieb erstmals Licht als elektrische und magnetische Felder, die orthogonal zueinander oszillieren. Meistens ist es jedoch die elektrische Feldkomponente, die die Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen bestimmt, beispielsweise bei einem Absorptionsprozess. Der Einfluss der magnetischen Wechselwirkung wird nur dann bemerkbar, wenn die elektrische nicht stattfindet, gerade wenn sie aus Symmetriegründen verboten ist. Rein magnetische Übergänge sind normalerweise zehn- bis hunderttausendfach schwächer als die vergleichbaren erlaubten elektrischen Übergänge, was die Messung der relativen Stärken von elektrischen zu magnetischen Übergängen und die Überprüfung quantenmechanischer Vorhersagen vor enorme experimentelle Herausforderungen stellt.

Coil and plate design

Anordnung der Kondensatorplatten und der Magnetspulen

Scheme of the experimental setup

Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus

In der Abteilung Molekülphysik wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem extern ein statisches elektrisches und ein statisches magnetisches Feld genutzt wurden, um Einschränkungen durch molekulare Symmetrien aufzuheben. Das externe statische elektrische Feld erlaubt es, einen kleinen Anteil des ansonsten verbotenen elektrischen Dipolübergangs einem magnetischen Dipolübergang beizumischen. So kommt es dazu, dass das Molekül sowohl mit der elektrischen als auch der magnetischen Feldkomponente des Lichts in Wechselwirkung tritt. Weiterhin erlaubt das externe statische Magnetfeld noch den Effekt der so genannten Stark-Interferenz zu beobachten. Dies gestattet viel tiefere Einblicke in die Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen, weil nicht nur die Stärken der elektrischen und magnetischen Übergangsdipolmomente gemessen werden konnte, sondern auch deren relatives Vorzeichen. Normalerweise ergibt sich die Intensität der Übergänge aus dem Betragsquadrat der Übergangsdipolmomente. Die experimentellen Resultate stimmen mit quantenmechanischen Rechnungen innerhalb des experimentellen Fehlers überein, sowohl was die Stärke der Übergangsdipolmomente als auch deren relatives Vorzeichen anbelangt.

 

Originalveröffentlichung:
Stark Interference of Electric and Magnetic Dipole Transitions in the AX Band of OH
H. Christian Schewe, Dongdong Zhang, Gerard Meijer, Robert W. Field, Boris G. Sartakov, Gerrit C. Groenenboom, Ad van der Avoird, and Nicolas Vanhaecke
Phys. Rev. Lett. 116, 153001 – Published 11 April 2016 (http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.153001)