Techniklexikon

Stossverbreiterung

Atom- und Molekülphysik, Verbreiterungsmechanismus für Spektrallinien durch Stösse zwischen den Atomen oder Molekülen der Probe (Linienformen). Man unterscheidet zwei grundlegende Mechanismen der Linienverbreiterung, je nach dem, ob ein Stoss elastisch oder inelastisch ist.

1) elastische Stösse: Die Abbildung zeigt schematisch die potentielle Energie zweier Stosspartner als Funktion des interatomaren Abstands, der in der Regel als Abstand der Atomkerne definiert wird. Dabei wird für einen der Stosspartner unterschieden, ob sich das Teilchen im Zustand  oder  befindet. Bei einer Annäherung dieses Atoms an den Stosspartner B verschieben sich die Energieniveaus der Stosspartner. Dadurch hängt die Übergangsenergie und damit die Frequenz der Spektrallinie des Übergangs  vom interatomaren Abstand ab. Da dieser aber für Gase mit thermischer Energieverteilung statistisch um einen Mittelwert verteilt ist, führt der beschriebene Prozess zu einer Verschiebung und zu einer Verbreiterung der entsprechenden Spektrallinie.

2) inelastische Stösse: Neben den oben beschriebenen elastischen Stössen finden auch inelastische Stösse statt, bei denen z.B. die Anregungsenergie E_f des einen Stosspartners in innere Energie oder Translationsenergie des Stosspartners B umgewandelt wird. Dieser Prozess ist besonders wahrscheinlich, wenn Stosspartner B ein Molekül ist, da diese wegen der Rotations- und Schwingungsstruktur eine Vielzahl innerer Zustände haben. Durch diese inelastischen Stösse wird aber die Lebensdauer des Zustands  verringert, was ebenfalls zu einer Verbreiterung der entsprechenden Spektrallinie führt. Derartige Stösse werden auch als löschende Stösse (quenching collisions) bezeichnet, da sie die Besetzung des Zustands  und damit die Fluoreszenz verringern.

Stossverbreiterung: a) Interatomares Potential bei einem Stoss, b) Stossverbreiterung und Verschiebung einer Spektrallinie durch elastische Stösse (: Mittelwert der statistisch verteilten interatomaren Abstände im betrachteten Gas; : interatomarer Abstand, bei dem die frequenzabhängige Lichtemission ihr Maximum hat).