21.06.2016
Der Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen auf der Spur
Im 19. Jahrhundert stellte James Clerk Maxwell die klassische Theorie des Elektromagnetismus auf. Sie beschrieb erstmals Licht als elektrische und magnetische Felder, die orthogonal zueinander oszillieren. Meistens ist es jedoch die elektrische Feldkomponente, die die Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen bestimmt, beispielsweise bei einem Absorptionsprozess. Der Einfluss der magnetischen Wechselwirkung wird nur dann bemerkbar, wenn die elektrische nicht stattfindet, gerade wenn sie aus Symmetriegründen verboten ist.
Rein magnetische Übergänge sind normalerweise zehn- bis hunderttausendfach schwächer als die vergleichbaren erlaubten elektrischen Übergänge, was die Messung der relativen Stärken von elektrischen zu magnetischen Übergängen und die Überprüfung quantenmechanischer Vorhersagen vor enorme experimentelle Herausforderungen stellt.
In der Abteilung Molekülphysik wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem extern ein statisches elektrisches und ein statisches magnetisches Feld genutzt wurden, um Einschränkungen durch molekulare Symmetrien aufzuheben. Das externe statische elektrische Feld erlaubt es, einen kleinen Anteil des ansonsten verbotenen elektrischen Dipolübergangs einem magnetischen Dipolübergang beizumischen. So kommt es dazu, dass das Molekül sowohl mit der elektrischen als auch der magnetischen Feldkomponente des Lichts in Wechselwirkung tritt. Weiterhin erlaubt das externe statische Magnetfeld noch den Effekt der so genannten Stark-Interferenz zu beobachten.
Dies gestattet viel tiefere Einblicke in die Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen, weil nicht nur die Stärken der elektrischen und magnetischen Übergangsdipolmomente gemessen werden konnte, sondern auch deren relatives Vorzeichen. Normalerweise ergibt sich die Intensität der Übergänge aus dem Betragsquadrat der Übergangsdipolmomente. Die experimentellen Resultate stimmen mit quantenmechanischen Rechnungen innerhalb des experimentellen Fehlers überein, sowohl was die Stärke der Übergangsdipolmomente als auch deren relatives Vorzeichen anbelangt.
Quelle: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft