Quantensprünge - Bekanntes und kaum Bekanntes
Prof. Dr. Peter Toschek (Institut für Laser Physik, Universität Hamburg)

Das Konzept der „Quantensprünge“ führte Niels Bohr 1913 ein als hypothetische Zutat seines Modells des Wasserstoff-Atoms. Erwin Schrödinger lehnte es später leidenschaftlich ab. Erst 1986 gelang direkte Beobachtung: Der strahlungserregte Quantensprung eines Atoms auf einem schwachen Übergang zeigt sich durch Abschalten (oder Einschalten) der Lichtstreuung auf einer benachbarten Resonanzlinie. Die enorme Signalverstärkung erlaubt empfindlichen Nachweis und Registrierung der schwachen Linie. Dies hat Laser-Spektroskopie einzelner Atome, ihrer verbotenen Linien und metastabilen Zustände ermöglicht.

Ein Quantensprung schaltet aber auch die spektrale Lichtverschiebung aus (oder ein), die durch die Resonzanregung verursacht ist. Das Atom bleibt daher in seinem Dunkel(Hell)-Zustand so lange gesperrt, bis die Probestrahlung auf die aktuelle unverschobene (verschobene) Resonanz der schwachen Linie verstimmt wird. Periodisches Durchstimmen ergibt Hysterese-Verhalten der Lichtstreuung, das mit effektivem Energie-Austausch von Atombewegung und Licht einhergeht: Der zyklische Prozess kann gespeicherte Atome kühlen.