Diskussion:Spin-Bahn-Kopplung

Dieser Artikel wurde ab Februar 2013 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Spin-Bahn-Kopplung, Spin-Bahn-Wechselwirkung“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Was ist mit (quasi) freien Elektronen

Die Spin Ban Kopplung wird hier als quasi exklusives Phaenomen der Kernphysik dargestellt, hat aber auch in anderen Bereichen der Physik eine Bedeutung... ganz Allgemein kann man sagen dass es zu so einer Wechelswirkung kommt, wenn ein Teilchen mit Spin sich in einem E-Feld bewegt. Das kann,muss aber nicht ein Elektron sein und das Feld kann muss aber nicht von einem Kern kommen und das Elektron kann, muss aber nicht gebunden sein, sondern kann wie in Halbleiten als quasi freies Elektronengas durch den Festkoerper stroemen. Um nur mal 2 Experimente zu nennen bei denen die Spin Orbit Kopplung eine Rolle spielt: SpinFET und Spin-Hall-Effekt. --Do ut des 23:59, 29. Sep. 2011 (CEST)

Also sollte man sich ernsthaft Gedanken über eine Neugliederung und Erweiterung des Artikels zur Spin-Bahn-Kopplung machen? -- Demon667 20:54, 1. Okt. 2011 (CEST)

Was ist mit gravitativer Spin-Bahn-Kopplung?

In der allgemeinen Relativitaetstheorie gibt es in gewissen Naeherungsschemata auch eine Kopplung zwischen Eigendrehimpuls der Koerper und Bahndrehimpuls derselben. In der englischsprachigen Literatur wird dieser Eigendrehimpuls auch als (makroskopischer) Spin bezeichnet. Auch haben die Wechselwirkungsterme eine LS-Struktur. Sollte man dann nicht eine Unterscheidung zwischen der atomaren Spin-Bahn-Kopplung (im Artikel behandelt) und der gravitativen Spin-Bahn-Kopplung machen? -- Demon667 15:29, 11. Mär. 2011 (CET)

Überschneidung

Überschneidet sich mit LS-Kopplung. Beide Artikel beschreiben denselben Effekt. Zusammenlinken wünschenswert.

"ein magnetisches Feld im eigenen Ruhesystem sieht" .... erzeugt? --Chris langnickel 17:35, 17. Okt. 2006 (CEST)

Kritik aus der QS

Die Erklärungen im Abschnitt Ursache geben nicht den aktuellen Stand der Erkenntnis wieder. Elektronen kreisen nicht um den Kern. Der Spin ist eine gut abgesicherte Tatsache und keine Theorie. Quantenmechanik wird in diesem Abschnitt nicht erwähnt, meinte -<(kmk)>-. igel+- 12:42, 29. Okt. 2006 (CET)

Natürlich ist das hier eine Theorie. Nebenher. igel+- 12:43, 29. Okt. 2006 (CET)

Energieaufspaltung

Über den Haupteffekt, die Feinstrukturaufspaltung der Energie, steht in diesem Artikel NICHTS. Jemand hat meinen Beitrag zur Energieaufspaltung gelöscht und den Artikel in seinen schlechten Ursprungszustand versetzt. -- (nicht signierter Beitrag von 217.93.231.201 (Diskussion) 16:25, 14. Sep. 2007)

LS- und jj-Kopplung

Ich glaube, ich habe beim Lernen eben einen wichtigen Punkt kapiert, den ich gerne mit der Allgemeinheit teilen würde, weil ich denke, dass er für das Verständnis der LS- und jj-Kopplung grundlegend ist. Da ich natürlich noch nicht 100-prozentig sicher bin, ob das so auch stimmt, stelle ich ihn erstmal hier zur Diskussion, bis ihn jemand bestätigen kann. Also:

Mehr-Elektronen-Atom: Betrachtet man ein Atom mit mehreren Elektronen bei gegebener Verteilung der Elektronen auf die Schalen (Quantenzahlen $n_{i}$ und $l_{i}$, wobei $i$ die Elektronen durchnummeriert), dann ist zunächst jede mögliche Kombination von Spin- und Bahneinstellungen für jedes einzelne Elektron zu berücksichtigen: $m_{s_{i}}=\pm {1 \over 2}$ und $m_{l_{i}}=-l_{i}~..~+l_{i}$. Für jede mögliche Kombination entsteht jeweils ein eigenes Energieniveau. Einige dieser Zustände können jedoch energetisch entartet sein, das heißt, sie können die gleiche Energie besitzen. Dann reduziert sich die Anzahl der beobachteten Energie-Niveaus entsprechend.

Die beiden markantesten Fälle dieser Situation sind die sogenannte LS- und die jj-Kopplung. Beides sind idealisierte Situationen, die jedoch für einige Atome mit sehr guter Genauigkeit zutreffen. Der Entartungsgrad ist im Fall der LS-Kopplung i.A. deutlich höher als im Fall der jj-Kopplung, das heißt bei LS-Kopplung gibt es weniger verschiedene Energie-Niveaus als bei jj-Kopplung.

Dann die beiden bereits vorhandenen Abschnitte zu LS- und jj-Kopplung. Innerhalb der Abschnitte müsste aber meiner Ansicht nach Ursache und Wirkung vertauscht werden: Hier ein Vorschlag:

LS-Kopplung findet bei Atomen statt, bei denen die Wechselwirkung zwischen Spin und Bahn eines Elektrons klein gegenüber den Bahn-Bahn- und Spin-Spin-Wechselwirkungen der Elektronen untereinander ist. Dieser Fall trifft für kleine Atome sehr gut zu.

jj-Kopplung findet bei Atomen statt, bei denen die Summe der Wechselwirkungen zwischen Spin und Bahn aller einzelnen Elektronen deutlich stärker ist als die Wechselwirkungen der Elektronen untereinander. Sie ist in großen Atomen gut realisiert, insbesondere wenn Schalen hoher Energie mit wenigen Elektronen aufgefüllt sind.

Außerdem sollte man noch auf die Termbezeichnung aufmerksam machen: Die übliche Termbezeichnung im Fall der LS-Kopplung ist $^{2S+1}L_{J}$ (plus entsprechende Legende), im Falle der jj-Kopplung schreibt man $\left(j_{1},j_{2},...\right)_{J}$ (oder so ähnlich, kann ich vor der Veröffentlichung nochmal nachschauen).

JoWi 14:35, 10. Mär. 2008 (CET)

Es fehlt meiner Meinung nach noch ein Verweis zu den Hundschen Regeln und zum Pauli-Prinzip, weil durch Befolgung dieser Regeln der Zustand niedrigster Energie eines Atoms bestimmt werden kann. Wichig wäre hierbei noch das diesen Prinzipien die LS-Kopplung zu Grunde liegt und die Erläuterung von High Spin,low Spin, High J und low J, sowie High und Low Orbit Anordnung. Könnte ja mal ein Theo-physiker entscheiden ob das hier rein gehört

Quelle: Atkins: Quanten oder Huheey, Keiter&Keiter: Anorganische Chemie

Krahkrah131.246.233.128 22:05, 12. Okt. 2009 (CEST)

LS- und jj-Kopplung : "Aufbrechen"

"Bei der LS-Kopplung ist die elektrostatische Wechselwirkung aller Elektronen groß im Vergleich zur Spin-Bahn-Wechselwirkung einzelner Elektronen. Die Spin-Bahn-Kopplung jedes Elektrons wird aufgebrochen. Stattdessen koppeln die einzelnen Bahndrehimpulse \vec l_i und Spindrehimpulse" Was mich an diesem Absatz stört ist die Verwendung der Wörter "Aufbrechen" und "Stattdessen", die implizieren dass LS-Kopplung keine Näherung für eine große Menge von wechselwirkenden magnetischen Momenten ist, sondern ein Effekt bei dem tatsächlich irgendetwas "aufgebrochen" wird.

Formel der Energieaufspaltung

Korrigiert mich, wenn ich falsch liege. Aber die Formel für die Energieaufspaltung hat doch keine Feinstrukturkonstante. Im Demtröder heißt der entsprechende Faktor Spin-Bahn-Kopplungskonstante und wird mit a bezeichnet. Aran en Ael 20:33, 19. Jul. 2009 (CEST)

Ich stimme dem zu. Die Feinstrukturkonstante hat da nichts zu suchen. AJK (nicht signierter Beitrag von 138.246.7.97 (Diskussion | Beiträge) 18:33, 1. Aug. 2009 (CEST))

Ich stimme dem ebenfalls zu. So wie die Formel jetzt dort steht, müsste statt dem (!dimensionslosen!) $\alpha$ (Feinstrukturkonstante, Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante) die Spin-Bahn-Kopplungskonstante a stehen. Zur zeit steht dort also nicht mal eine Energie, sondern eine dimensionslose Zahl. Weiters:

• Die genannten Konstanten a und $\alpha$ gelten nur für das Wasserstoffatom, sind also Spezialfälle.
• Der Abschnitt "Spin-Bahn-Kopplungsenergie" gehört (wenn er überhaupt weiterbestehen soll) dem Abschnitt LS-Kopplung untergeordnet, weil die Berechnung unter der Annahme von LS Kopplung erfolgt. -- Danielha 12:41, 7. Aug. 2009 (CEST)

Ich stimme dem zu und habe gleich mal den Artikel angepasst. Warum nicht gleich geändert? -- Tholu 23:52, 7. Sep. 2009 (CEST)

Spezielle Relativitätstheorie!?!

"Aus der Maxwelltheorie und der speziellen Relativitätstheorie folgt, dass auf ein Elektron, wenn es im elektrischen Feld eines Atomkerns kreist" Wem? Sollte da nicht eine Anmerkung rein, das die spezielle hier eh nicht zutrifft, weil es sich um beschleunigte Bewegungen handelt? Nach der Begründung könnte ich mich sonst auch schnell um mich selbst drehen, behaupten die 1000 Lichtjahre entfernten Sterne drehen sich um mich und haben überlichtgeschwindigkeit. (nicht signierter Beitrag von 188.99.197.197 (Diskussion) 11:34, 26. Jul 2011 (CEST))

Auch in der SRT laesst sich in beschleunigten Bezugssystemen rechnen, siehe z.B. Kapitel "Beschleunigte Bezugssysteme in der SRT" im Buch ueber ART von Fliessbach --Paul Wenk (Diskussion) 13:35, 20. Jun. 2016 (CEST)

Ursache NICHT Wechselwirkung mit "magnetischem Feld des Kerns"

Dieser Satz im Abschnitt "Ursache" ist meiner Meinung nach falsch: "Dieses magnetische Moment koppelt an das magnetische Feld des Kerns, so dass für eine Spinrichtung die Energie erhöht und für die andere Spinrichtung die Energie verringert wird." Spin-Bahn-Kopplung bedeutet doch gerade, dass das Spinmoment mit dem Bahnmoment koppelt und nicht mit dem Kernmoment. Das wäre dann schon Teil der Hyperfeinwechselwirkung. Der Absatz, der dem den zitierten Satz enthaltenden Absatz vorausgeht, bezieht sich auch auf die Wechselwirkung mit dem Kern. -- 188.96.91.113 15:53, 16. Jan. 2011 (CET)

Es geht um das Magnetfeld durch die Bewegung des Protons um das Elektron (aus Sicht des Elektrons). Bewegte Ladung -> Magnetfeld. Hyperfein ist WW mit dem Kern-Spin. Das ist was anderes. -- 194.95.142.180 20:56, 22. Mai 2012 (CEST)

Erläuterung Quantenzahlen l,s,j fehlt

Es fehlt eine Erläuterung worum es sich bei l,s,j handelt. -- 194.95.142.180 20:59, 22. Mai 2012 (CEST)

L-S-Kopplung, jj-Kopplung

Wenn ich formal ${\vec {J}}$ ausrechne, komme ich dann auf unterschiedliche Ergebnisse, je nachdem ob ich die L-S-Kopplung benutze oder die jj-Kopplung? Ich meine ob ich erst die Summe über alle einzelnen ${\vec {l}}_{i}$ und ${\vec {j}}_{i}$ ausführe, dann also ${\vec {L}}$ und ${\vec {S}}$ erhalte oder ob ich ich gleich über alle ${\vec {l}}_{i}$ und ${\vec {s}}_{i}$ zu ${\vec {J}}$ summiere (bei der jj-Kopplung), macht für mich (im Moment) keinen Unterschied--92.203.77.229 20:51, 24. Jul. 2012 (CEST)

Es macht für die berechneten Energien einen Unterschied, denn die jeweiligen Vorfaktoren unterscheiden sich.

Das betrifft einen Punkt, der im Artikel noch deutlich zu kurz kommt: Reine LS-, oder jj-Kopplung gibt es nur im Zusammenhang mit der Bennenung der Energieeigenzustände des Systems. Die Energieeigenwerte die mit diesen Zuständen assoziiert sind, ergeben sich immer aus einer Kopplung von allen Bahndrehimpulsen mit allen Spins -- sowohl untereinander als auch kreuzweise. Lediglich für ganz leichte und für ganz schwere Atome kann man in halbwegs guter Näherung eine reine LS-, beziehnungsweise eine reine jj-Kopplung annehmen. Wenn man sich aber wirklich für den genauen Wert der Energieeigenwerte interessiert, kommt man auch biem Uran nicht um die volle Rechnung herum.---<)kmk(>- (Diskussion) 01:06, 25. Jul. 2012 (CEST)

touché :) Jaaaa, ich war ganz auf ${\vec {J}}$ fixiert... Bitte schreib was dazu in den Artikel, du weisst ja offensichtlich von was du sprichst--92.203.50.192 23:11, 27. Jul. 2012 (CEST)

Verweis auf Bohr und Cosinus-Satz

Bis heute wurde zur Formel der Kopplungsenergie angemerkt, dass sie unter der Annahme des Bohr-Modells und unter Verwendung des Cosinussatz hergeleitet würde. Diese Anmerkungen habe ich entfernt. Gründe:

1. Die Formel fällt exakt so auch bei der vollen QM gemäß Heisenberg, Dirac und Co. ab. Das Atommodell von Bohr wird dafür nicht benötigt. Siehe Haken/Wolf etwa hundert Seiten weiter hinten.
2. Genau genommen landet man mit Original-Bohr sogar bei einem um einen Faktor 2 zu großen Wert. Das ist die "relativistische Korrektur" von der unten die Rede ist.
3. Ohne weitere Hintergrundinformation, bringen die Stichworte "bohrsches Atommodell" und "Cosinussatz" dem Leser genau gar nichts an inhaltlichem Verständnis.

Ich würde es begrüßen, wenn diese eher in die Irre führenden Stichworte nicht wieder eingefügt werden.---<)kmk(>- (Diskussion) 00:50, 25. Jul. 2012 (CEST)

LS-Kopplung gehört hier so nicht hin

Dass die Terme leichter Atome sich so gut nach L und S klassifieren lassen, hat absolut nichts mit der (richtigen) Erklärung der Spin-Bahn-Kopplung zu tun! Diese ist vielmehr vernachlässigbar, verantwortlich ist (näherungsweise ausschließlich) die reine el-stat-WW der Elektronen untereinander: weil je nach S die ORTS-Wellenfuntionen symmetrisch oder antisymmetrisch sind, kommt für das el-stat. Austauschintegral für die Energie etwas sehr verschiedenes heraus. Daher ist der Abschnitt LS-Kopplung hier falsch subsumiert. Ich bin für ein deutliches Absetzen (würde ich als erstes selber machen) oder sogar einen eigenen Artikel.--jbn (Diskussion) 15:11, 15. Aug. 2012 (CEST)

Der Abschnitt LS-Kopplung ist nun umformuliert, wobei die physikalische Näherung im Gegensatz zur jj-Kopplung klar hervortritt. Ich sehe das als Vorstufe zur Auslagerung in einen eigenen Artikel. --jbn (Diskussion) 16:47, 16. Aug. 2012 (CEST) Auch im Rest habe ich Fehler behoben, Formeln verbessert. Ist jemand gegen einen eigenen Artikel LS-Kopplung? --jbn (Diskussion) 22:49, 22. Aug. 2012 (CEST)

Danke für die Klärung. Auslagern in eigenen Artikel wäre durchaus sinnvoll. Andererseits: viele Leser werden wohl die LS-Kopplung unter Spin-Bahn-Kopplung suchen, schon weil der Name es nun mal suggeriert. So klar, wie es jetzt hier dargestellt ist, kann man imho auch mit dem jetzigen Zustand leben. --UvM (Diskussion) 09:56, 21. Feb. 2013 (CET)

+1. Kann mE sobleiben. --jbn (Diskussion) 19:14, 21. Feb. 2013 (CET)

Gelbe Na-Linie

Die bekannteste Aufspaltung ist die der gelben D-Linie von Natrium, die sich bereits mit einem guten Prisma beobachten lässt und in der gesamten analytischen Chemie für den Nachweis des Natriumatoms wichtig ist. Gemeint ist doch wohl, dass diese Linie selbst analytisch wichtig ist, aber nicht ihre Aufspaltung? Dann ist der Satz eine zu weite Abschweifung und verwirrt unnötig. --UvM (Diskussion) 22:44, 3. Dez. 2013 (CET)

Ja, hast recht. Von mir aus kann der letzte Teil des Satzes weg.--jbn (Diskussion) 15:06, 4. Dez. 2013 (CET)

Nein, hast unrecht, und zwar aus folgendem subtilen Grund: Logisch korrekt muss es nicht heißen "die bekannteste Aufspaltung ist die der gelben D-Linie ...", sondern: " ergibt die gelbe D-Linie ...". Schaue mal den Artikel Natrium-D-Linie an, und zwar ab "Die Natrium-D-Linie entsteht ...". Anders gesagt: die Frequenz des zugehörigen optischen Überganges entspricht genau der Energieaufspaltung! Trotzdem ist es besser, besagten Nachsatz zu entfernen, wie "jbn" es vorschlägt, weil ein Zuviel an pedantisch-korrekten Aussagen auch bei guten Leuten Verwirrung hervorrufen kann, wie man hier explizit sieht. - Meier99 (Diskussion) 15:53, 18. Jan. 2014 (CET)

Nee, also bevor ich jetzt im Artikel selbst nachlese, schnell mein Vorwissen/meine Intention: Ich meinte tatsächlich die Aufspaltung (5890/5896 A, wenn ich mich recht erinnere), nicht die gelbe Frequenz. Die 6 A-Aufspaltung kommt von der Spin-Bahn-WW, die ~589 nm kommen auch von einer Aufspaltung von H-Niveaus (aufgrund der Abweichung vom Coulombpotential), nämlich der des n=3-Niveaus nach l=0 bzw. l=1. Soweit mein Hintergrund, und jetzt nochmal den Satz ansehen.--jbn (Diskussion) 17:43, 18. Jan. 2014 (CET)

Einleitung: ungereimt

Die Einleitung verbreitet nach den jüngsten Änderungen (im wesentlichen von Meier99) zu viel Ungereimtheiten:

• Die Drehimpulsquantelung ist kein Charakteristikum der Spin-Bahn-Wechselwirkung, der Unterschied von halb- und ganzzahlig schon gar nicht.
• Auch Teilchen mit ganzzahligem Spin (Rho-Mesonen z.B.) haben Spin-Bahn-Wechselwirkung.
• Nicht die Spin-Bahn-Wechselwirkung ist klassisch nicht zu erklären, sondern das magnetische Moment des Elektrons. (Nimmt man dies als gegeben, folgt die magnetische DipolWW , siehe Bohr und Thomas). Der Spin-Operator taucht auf, weil die Teilchen einen Spin haben, nicht aber deshalb, weil die Spin-Bahn-Wechselwirkung keine klassische Erklärung hätte.
• Die angeblich "sehr wichtige Bedeutung für die gesamte Physik und Chemie" wird im Artikel nicht mehr aufgegiffen und ist wohl einfach eine falsche Einschätzung.

Ich habe die Einleitung im wesentlichen auf den Stand vor besagter Aufblähung zurückgesetzt und einen Satz zur Einordnung zugefügt.--jbn (Diskussion) 13:41, 16. Jan. 2014 (CET)

Meine Gründe, die unpassende erneute Einfügung von

Weil der Spin, und damit die Spin-Bahn-Wechselwirkung, in der klassischen Physik nicht vorkommt, handelt es sich um ein nichtklassisches Phänomen, dessen strenge Formulierung in der Tat auf Diracs relativistische Quantenmechanik zurückgeht. (ref: Siehe z. B. U. Krey, A. Owen: Basic Theoretical Physics, Berlin, Springer 2007, ISBN 978-3-540-36804-5 ref) Trotzdem ist die genannte Kopplung bereits in der hier betrachteten nichtrelativistischen Beschreibung enorm wichtig für die gesamte Atom- und Molekülphysik bzw. -Chemie.

rückgängig zu machen (bis auf den zutreffenden Gedanken darin):

• Wenn bei allem, was in der klassischen Physik nicht vorkommt, der Hinweis "nichtklassisches Phänomen" stehen sollte, wären die meisten Physik-Artikel voll davon. Dass der Spin als solcher wegen 1/2 \hbar kein klassisches Analogon hat (obwohl er sonst ein ganz normaler Drehimpuls ist), hat auf die Spin-Bahn-WW keinerlei Einfluss.
• "...in der Tat auf Diracs relativistische Quantenmechanik zurückgeht..." halte ich nicht für guten Stil in der Einleitung.
• Der EN deckt nicht (glaub ich) die Herleitung der Spin-Kopplung nach Dirac und ist hier sowieso unpassend hervorgehoben. Sollte in Lit. als allgemeine Quelle stehen.
• Sprachlich: Das "Trotzdem ..." ist ein logisch abwegiger Anschluss. Zu welcher vorstehender Aussage soll das im Gegensatz stehen?
• Sprachlich: "... bereits in der nichtrelativist ..." wäre nur angebracht, wenn die relativistische Behandlung wichtigere oder größere Wirkungen ergäbe.
• "enorm wichtig für die gesamte Atom- und Molekülphysik bzw. -Chemie" ist nach wie vor unbelegt (und mE unbelegbar).

--jbn (Diskussion) 22:27, 17. Jan. 2014 (CET)