Techniklexikon

Rabi-Oszillationen

Atom- und Molekülphysik, Phänomen der periodischen Umbesetzung zweier atomarer Energiezustände unter Wechselwirkung mit kohärenter, resonanter elektromagnetischer Strahlung. In Reinform liegt diese Oszillation in einem Zwei-Niveau-System vor (siehe Abb. 1). Abb. 2 zeigt den Verlauf der Besetzungswahrscheinlichkeit des angeregten Zustands . Diese periodische Umbesetzung der Zustände ergibt sich in einem halbklassischen Modell, das das Atom quantenmechanisch, das Lichtfeld aber klassich betrachtet. Jedoch können die damit verbundenen Phänomene vollständig erst durch eine voll quantenmechanische Behandlung erklärt werden. Die Oszillationsfrequenz ergibt sich aus dem Produkt des Dipol-Matrixelements mit der elektrischen Feldstärke gemäss  (p: Projektion des Matrixelements auf die Richtung des elektrischen Feldes und E₀: dessen Amplitude). Auch in komplizierteren atomaren Systemen finden ähnliche Phänomene statt, jedoch liegt in der Regel keine vollständige Reversibilität der Besetzung der Zustände wie im Fall des Zwei-Niveau-Systems vor. Rabi studierte eine derartige Situation 1936 in der Kernspinresonanz.

Rabi-Oszillationen 1: Atomares Zwei-Niveau-System in Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld.

Rabi-Oszillationen 2: Zeitliche Entwicklung der Besetzungswahrscheinlichkeit des angeregten Zustands.