In diesem Abschnitt wird darauf eingegangen, inwiefern berechnete Photoabsorptions-spektren die gemessenen Spektren wiedergeben konnen.
Dazu haben wir fur das Wassersto im gekreuzten Feld bei B = 6T und F = 1000V=cm Messungen bei hoher sowie niedriger Auosung mit Ergebnissen verglichen,die mit Hilfe eines quantenmechanischen Ansatzes berechnet wurden.
-110 -105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70
E [cm-1]
arb. units
oben Freund unten Schwacke
Abbildung 4.35: Spektren mit hoher Auosung im Vergleich zu einer quantenmechni-schen Berechnung;B = 6T und F = 1000V=cm
-110 -105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70
E [cm-1]
arb. units
oben Ubert unten Schwacke
Abbildung 4.36: Spektren mit niedriger Auosung im Vergleich zu einer quantenmech-nischen Berechnung; B = 6T und F = 1000V=cm
Die Abbildungen 4.35 und 4.36 zeigen die beiden experimentellen Spektren - unseres in hoher Auosung sowie das mit niedriger Auosung aus [Ube 95] - jeweils der
quan-74 KAPITEL 4. MESSERGEBNISSE UND DEREN AUSWERTUNG tenmechanischen Berechnung von M. Schwacke ([Sch 98]) gegenubergestellt. Sie zeigen eine sehr gute Ubereinstimmung zwischen allen drei Spektren. Fur den Vergleich der beiden experimentellen Spektren haben wir dies in gewisser Weise erwartet, auch wenn der Aufbau etwas modiziert worden ist. Da die Resonanzen im quantenmechanischen Spektrum sowohl von der Energieposition als auch von der Intensitat ebenfalls so gut
ubereinstimmen, haben wir nicht erwartet. Dies zeigt, da theoretische Berechnungen mittlerweile sehr viele Aspekte aufwendiger Messungen widergeben konnen.
Was unter anderem mit dem quantemechanischemAnsatz zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht moglich erscheint, ist die Berechnung der Kontinuumsstufe und des dazugehorigen Kontinuums.
Kapitel 5
Zusammenfassung und Ausblick
Hauptziel dieser Arbeit war es, das Wasserstoatom in starken aueren elektrischen und magnetischen Feldern mit hoher Auosung zu untersuchen. Dabei standen die folgenden Aspekte im Vordergrund:
Verbesserung der Auosung fruherer Experimente.
Indem wir die Wasserstoduse weiter vom Anregungsort im Zentrum des Ma-gneten entfernten, konnte mit der gleichen Ausrustung die Auosung der Pho-toabsorptionsresonanzen von 1800MHz beziehungsweise 220MHz ([Ube 95], [Neu 96]) auf 170MHz verringert werden.
Messung des 1kV -Spektrums mit hoher Auosung.
Wir haben das aus [Ube 95] bekannte 1kV -Spektrum mit einer Auosung von 170MHz im Energiebereich;190cm;1 bis;70cm;1 vermessen,und dabei sowohl die einzelnen Resonanzen des Photoabsorptionsspektrums als auch den Beginn der Kontinuumsstufe zwischen ;140cm;1 und;135cm;1 bestatigt.
Lebensdauern der einzelnen Resonanzen.
Aus den gemessenen Resonanzbreiten haben wir die Lebensdauer der einzelnen Zustande berechnet. Wir sind davon ausgegangen, da die Breiten mit groer wer-dender Energie auch groer und damit die Lebensdauern kurzer werden. Dies lie sich auf den ersten Blick nicht bestatigen. Wenn man statistisch die Resonanzen
uber einen denierten Energiebereich zusammenfat ergibt sich sogar das Bild, da die Lebensdauern zu hoheren Energien hin groer werden. Dieser Sachverhalt ist im Moment nicht erklarbar. Zusatzlich nimmt mit steigender Energie auch die Anzahl der Resonanzen ab, was darauf hindeutet, da breite, kurzlebige Zustande schnell aussterben, und spezielle, sehr stabile Zustande langer uberleben.
Untersuchung von Stabilitatswechseln.
Aus semiklassischenBerechnungen von E. Flothmann folgte, da sich fur verschie-dene Quanten-Serien Stabilitatswechsel ergeben; das heit, da der Liapunov-Exponent von endlich auf null oder umgekehrt wechselt beziehungsweise die Zustande einer Serie von stabil auf instabil oder umgekehrt. Wir konnten die-se Wechdie-sel fur verschiedene Serien mit undie-seren Messungen prinzipiell bestatigen;
d.h. qualitativ aber nicht quantitativ. Die Wechsel von stabil zu instabil bzw. um-gekehrt liegen in anderen Energiebereichen.Hier besteht noch Klarungsbedarf, der aber nicht mehr im Rahmen dieser Arbeit gelost werden kann.
75
76 KAPITEL 5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Beschreibung von Resonanzen im Fourier-Spektrum mit Hilfe der Chirped-Fourier-Transformation (CFT).
Theoretische Bahnberechnungen mit Hilfe von Fourier-Spektren zur Bestatigung der Messungen stehen vor dem Problem, da wir Photoabsorptionsspektren mit standig sich andernder skalierter Energie aufgenommen haben. Fruhere Messun-gen unserer Arbeitsgruppe haben skalierte Spektren aufMessun-genommen, das heit, die skalierte Energie wurde konstant gehalten und hat nicht zu Schwierigkeiten gefuhrt. Durch unsere Messungen wurden neue theoretische Ansatze mit gechirp-ten Sinuswellen und deren Taylor-Entwicklung verfolgt, welche zur sogenanngechirp-ten Chirped-Fourier-Transformation (CFT) gefuhrt haben. Mit dieser wiederum hat man ein Werkzeug zur Hand, mit dem man einen besseren Zugang zu nicht-skalierten Messungen hat.
Beschreibung der Kontinuumsstufe mit Hilfe von semiklassischen Berechnungen.
Die Messungen bei unterschiedlichen elektrischen Feldstarken haben auerdem gezeigt, wie die Kontinuumsstufe zu hoheren Energien wandert. Poincare-Schnitte senkrecht zum elektrischen Feld konnen diese Stufe sehr schon veranschaulichen.
Nahert sich der chaotische Bereich den Ursprung, beginnt auch der Bereich, ab dem ein Kontinuumsuntergrund auftritt. Dieses Ergebnis konnte fur alle von uns verwendeten elektrischen Feldstarken bestatigt werden.
Messungen bei unterschiedlichen elektrischen Feldstarken.
Um zu sehen, ob und wie sich Bahnen von Feldstarke zu Feldstarke entwickeln, haben wir das Photoabsorptionsspektrum im Energiebereich ;140cm;1 bis
;110cm;1 bei unterschiedlichen elektrischen Feldstarken gemessen (1000V=cm F 750V=cm). Innerhalb der einzelnen Feldstarke kann man den Fourier-Spektren sehr schone Bahn-Evolutionen entnehmen; es treten Bifurkationen auf, und man kann gleiche Bahnen in unterschiedlichen Signalanteilen erkennen. Wir haben uns allerdings auf eine beschreibende Auswertung beschrankt, da wir lei-der keine theoretischen Berechnungen erhalten konnten. Dies folgt moglicherweise in spateren Veroentlichungen, nachdem verschiedene, im Rahmen dieser Arbeit aufgetretenen Fragen gelost sind.
Von Feldstarke zu Feldstarke kann man den Spektren keinedeutlichenEvolutionen entnehmen, so da hier fur die Zukunft entweder Messungen mit noch hoherer Auosung oder mit kleinerer Anderung der elektrischen Feldstarke ratsam sind.
Vergleich zu quantenmechanischen Berechnungen.
Zuletzt haben wir noch unsere Messungen und die von R. Ubert mit quantenme-chanischen Berechnungen verglichen.Dabei stellte sich heraus, da die Berechnun-gen in sehr Berechnun-genauem Mae die MessunBerechnun-gen abbilden. Was mit den BerechnunBerechnun-gen, die uns zur Verfugung standen noch nicht abgebildet werden konnte, war die Kontinuumsstufe und der Kontinuumsuntergrund.
Mit Hilfe dieses Experiments ist es gelungen, Zugang zu einigen wichtigen oenen Fra-gen bezuglich des Wasserstos in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern zu
77 bekommen; dies sind zum Beispiel die Entstehung der Kontinuumsstufe sowie die Be-schreibung von Resonanzen in nicht-skalierten Spektren mit Hilfe der Chirped-Fourier-Transformation.
Zusatzlich sind einige Resultate und damit zusammenhangende Fragen zu Tage getre-ten, die genauere Untersuchungen benotigen. Dazu gehort die steigende Lebensdauer der Resonanzzustande hin zu hoheren Energien wie auch die Menge der verschiedenen Evolutionen von Resonanzen in den Fourier-Spektren.
Von experimenteller Seite her sind Messungen bei verschiedenen Feldstarken, die naher beieinander liegen (z.B. in 10V=cm Abstanden) sowie Messungen bei niedrigeren elek-trischen Feldstarken als bei uns (z.B. 500V=cm und niedriger) von Interesse.
Von theoretischer Seite waren insbesondere neuere, exaktere quantenmechnische Be-rechnungen von Interesse, die da Wassersto-Spektrum in gekreuzten Feldern inklu-sive des Kontinuumsuntergrunds beschreiben. Zum anderen auch Bahn-Berechnungen mit oder ohne Chirped-Fourier-Transformation, die zu einem besseren Verstandnis der Evolutions-Spektren fuhren.
78 KAPITEL 5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK