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Erschienen in:
2018 | OriginalPaper | Buchkapitel
8. Zentralkräfte – das Wasserstoffatom
verfasst von : Matthias Bartelmann, Björn Feuerbacher, Timm Krüger, Dieter Lüst, Anton Rebhan, Andreas Wipf
Erschienen in: Theoretische Physik 3 | Quantenmechanik
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
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Zusammenfassung
Wasserstoffähnliche Ionen sind Atome, die so weit ionisiert sind, dass sie nur noch ein einzelnes Elektron besitzen. Das klassische Einelektronsystem ist der Wasserstoff selbst. Hier ist das Elektron über die Coulomb-Wechselwirkung an ein Proton gebunden. Die beiden Wasserstoffisotope Deuterium \({}^{2}_{1}\)H oder Tritium \({}^{3}_{1}\)H sind weitere wasserstoffähnliche Ionen. Ein exotisches Atom ist das Positronium, das aus einem Elektron und seinem Antiteilchen, dem Positron, besteht. Es ist ein Wasserstoffatom, bei dem das Proton durch ein Positron ersetzt wurde (Abb. 8.1).
Bei wasserstoffähnlichen Ionen mit schweren Kernen (sogenannten Schwerionen) treten sehr hohe Bindungsenergien und Feldstärken bis etwa 1000 V\(/\)m auf. Das Elektron ist hier so stark gebunden, dass relativistische Effekte relevant werden.
In Abschn. 8.1 untersuchen wir nichtrelativistische Zweiteilchensysteme bestehend aus einem Atomkern und einem Elektron. Wie schon in der klassischen Mechanik zerfällt das Problem in eine einfach lösbare Schwerpunktsbewegung und eine Relativbewegung. Letztere reduziert sich auf ein einfaches Zentralkraftproblem.