Techniklexikon

Rabi-Experiment

Atom- und Molekülphysik, experimentelle Methode, die in die Kategorie der Atomstrahl-Resonanzmethoden einzuordnen ist. Sie stellt eine Weiterentwicklung des Stern-Gerlach-Experiments von 1922 dar, das die Kraftwirkung eines inhomogenen Magnetfeldes B auf ein magnetisches Moment m ausnutzt. Diese Kraft ergibt sich aus der potentiellen Energie zu . Das Prinzip dieses zuerst 1938 von I. Rabi durchgeführten Experiments ist in der Abbildung dargestellt.

Atome aus einem Atomstrahlofen werden in einem ersten inhomogenen, permanenten Magnetfeld abgelenkt und treten dann in ein Radiofrequenz-Wechselfeld ein, das einem homogenen, permanenten Feld überlagert ist. Stimmt die Frequenz dieses Wechselfeldes mit der Frequenz eines Übergangs zwischen magnetischen Unterzuständen überein, so können Übergänge induziert werden, die die Richtung des magnetischen Moments des Atoms ändern. Atome die einen solchen Übergang vollziehen, können durch ein zweites inhomogenes Magnetfeld selektiert werden. Diese Atome gelangen zum Detektor, diejenigen, die keinen Übergang machen, werden in die Gegenrichtung abgelenkt. Es ist also möglich, durch Verändern der Radiofrequenz ein Spektrum magnetischer Unterzustände zu messen. Experimente dieser Art spielen noch heute eine grosse Rolle z.B. bei präzisen Frequenzmessungen. Die Weiterentwicklung durch N. Ramsey (Ramsey-Interferenzmethode) wird z.B. in der Atomuhr als Zeit- und Frequenzstandard verwendet.

Rabi-Experiment: Prinzipskizze.