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Rydbergatome

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Rydbergatome sind Atome mit einem hochangeregten äußeren Elektronn >> 1, mit maximalem Bahndrehimpuls l=n-1.

Aufgrund der Tatsache, dass der mittlere Bahnradius für große n stark anwächst (<r>_{n,l=n-1}\sim a_0 n^2, sieht dieses äußere Elektron den Kern und die anderen Elektron als effektive einfach positive Punktladung. Dadurch entspricht seine Wellenfunktion einfach einem Wasserstofforbital (wobei natürlich die Kernmasse angepasst werden muss m_K=Am_p).

Wasserstoff-Wellenfunktionen mit n >> 1,\;l=n-1,\; |m_l|=l haben ihre maximale Aufenthaltswahrscheinlichkeit in einem Kreisring in der x-y-Ebende um den Kern. Sie entsprechen daher am ehesten dem klassischen Keplerproblem und damit der klassischen Anschauung von Atomorbitalen.

Rydbergatome haben eine hohe Lebensdauer (\sim \mu s, da l und m_l maximal sind und sie aufgrund der Dipol-Auswahlregeln nur in einen Zustand mit \Delta m =-1 zerfallen können. Die Übergangsenergie (E_n-E_{n-1}\sim Ry_\infty \left( \frac{1}{n^2} - \frac{1}{n^2-2n +1}\right)\sim 2Ry_\infty \frac{1}{n^3}) ist deshalb sehr klein, die Linienbreiten dieser Niveaus sind maximal von der gleichen Größenordnung und aufgrund der Unschärferelation sieht man deshalb leicht, dass das zu einer mindestens mit n^3 anwachsenden Lebensdauer führt. (Tatsächlich hat die Übergangsrate für spontane Emission eine noch stärkere Energieabhängigkeit)

Alkaliatome lassen sich besonders gut in solchen Rydbergzuständen preparieren, da sie ein äußeres s-Elektron in einer unabgeschlossenen Schale besitzen. Typische Anregungsniveaus haben als Hauptquantenzahl n\sim 50.

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