OszillatorStärke

Oszillatorstärke, auch als oscillatorische Stärke bekannt, ist eine dimensionslose Größe in der Quantenmechanik und Spektroskopie, die die Wahrscheinlichkeit einer elektronischen Transition durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung beschreibt. Sie fasst die Stärke der Absorptions- oder Emissionslinie eines Übergangs in einer einzigen Größe zusammen und hilft, Spektren quantitativ zu interpretieren.

Die formale Definition bezieht sich auf einen Übergang von einem Grundzustand oder Zustand 0 zu einem angeregten Zustand i. Die oscillatorische Stärke f_0i wird durch f_0i = (2 m_e ω_0i)/(3 ħ e^2) · |⟨i|μ|0⟩|^2 definiert, wobei m_e das Elektronene Masse, ω_0i die anguläre Frequenz des Übergangs (aus Energieunterschied E_i − E_0), ħ das reduzierte Plancksche Wirkungsquantum, e die Elementarladung und μ der elektrische Dipolmomentoperator ist. Die genaue Formulierung hängt von der verwendeten Einheit ab, in der Praxis wird oft die Dipolmatrix ⟨i|μ|0⟩ verwendet.

Eine zentrale Eigenschaft ist die Summe aller oscillatorischen Stärken eines Elektrons: Σ_i f_0i = N, wobei N die Anzahl der Elektronen des Systems ist. Diese Thomas-Reiche-Kuhn-Summenregel verankert die Verteilung des oscillatorischen Starke-Anspruchs über alle möglichen Übergänge.

Anwendung finden Oszillatorstärken in der Bestimmung von Absorptionsquerschnitten, Spektralanalysen in der Atom- und Molekülchemie sowie in der astrophysikalischen Opazität. In der Praxis werden sie durch theoretische Berechnungen oder aus Messdaten abgeleitet und geben Aufschluss über die Elektronendichteverteilung und Übergangsdipole.