Rydbergatome

Rydbergatome sind Atome mit einem hochangeregten äußeren Elektron$n >> 1$, 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 $n\sim 50$.