[Thom_B]

Hallo Hawkwind,

Warum gibt es spontane Emission? Die ausführlichste Antwort steht in folgenden Artikeln:

P. W. Milonni "Why spontaneous emission", Am. J. Phys, vol. 52 (4), April 1984, p 340 - 343 oder

J. Dalibard, J. Dupont-Roc, C. Cohentannoudij, "Vacuum fluctuations and radiative reactions ..." J. Phys (Paris), vol. 43 (1982), p. 1617-1638

meine vereinfachte Zusammenfassung:
Man kann durchaus sagen, dass die spontane Emission durch die Wechselwirkung mit den Vakuumfluktuationen des Feldes entsteht. Die "Vakuumfluktuationen" kommen bei der Feldquantisierung heraus, da wird ja jede Feldmode wie ein quantenmechanischer harmonischer Oszillator behandelt. Vom quantenmechanischen harmonischen Oszillator weiss man, dass seine Energie im Grundzustand nicht null sondern [1/2*h*nu] ist. (h: Planck Konstante, nu: Resonanzfrequenz des Oszillators) Das gilt jetzt auch für jede quantisierte Mode des elektromagnetischen Feldes. Der Erwartungswert des elektrischen Feldes in diesem Grundzustand ist null, nicht aber die Fluktuationen des Feldes, daher der Name Vakuumfluktuationen. Man kann nun die Spontanemission als eine durch die Vakuumfluktuationen stimulierte Emission auffassen, die letztlich auf demselben Mechanismus beruht, wie die stimulierte Emission durch ein tatsächlich angelegtes Feld.

Im Prinzip kann man so die mittlere Lebensdauer eines angeregten Zustandes auch berechnen. Man braucht dazu die Modendichte der Vakuumfluktuationen (die kann im Experiment durch Spiegelanordnungen beeinflusst werden) und das Dipol-Matrix Element des atomaren Überganges. Letzteres kann man zwar im Prinzip aus atomaren Wellenfunktionen berechnen, praktisch geht das aber nur bei einfachen Systemen wie dem Wasserstoff wirklich gut. Man geht daher eher den umgekehrten Weg und misst die mittlere Lebensdauer eines angeregten Zustandes und leitet daraus das atomare Dipol-Matrix Element ab.

Wie lange das so bekannt ist, weiss ich nicht so genau, die ersten Veröffentlichungen von Purcell zu einer Modifikation eines Zerfallsprozesses durch veränderte Vakuumfluktuationen sind aus den 1950-ger Jahren, damals in einem NMR Kontext. Die ersten Realisierungen solcher Experimente im optischen Bereich sind aus den 1980-ger Jahren, z.B.

D. Kleppner, Inhibited spontaneous emission, Phys. Rev. Lett, vol 47, p. 233 (1981)


schöne Grüße
Thom_B