Starkkopplung

Starkkopplung bezeichnet in der Quantenmechanik die Kopplung von Zuständen durch ein äußeres elektrisches Feld, die aus dem Stark-Effekt resultiert. Das Feld bricht die Symmetrie des Systems, führt zu Energieverschiebungen und mischt Zustände unterschiedlicher Parität. Die Kopplung wird durch das Interaktions-Hamiltonian H' = - μ · E beschrieben, wobei μ der Dipolmomentoperator des Systems ist und E das äußere Feld repräsentiert.

In Atomen und Molekülen lässt sich der Stark-Effekt in zwei Regimes unterscheiden: der lineare Stark-Effekt tritt auf, wenn Energieebenen im Ursprung des Feldes degenerate sind, und führt zu linearen Energieverschiebungen sowie Mischungen von Zuständen unterschiedlicher Parität; der quadratische Stark-Effekt tritt bei nicht-degenerierten Stufen auf und ergibt verschobene Spektrallinien, deren Verschiebung proportional zum Feldquadrat ist.

Historisch wird der Begriff Starkkopplung im Zusammenhang mit dem Stark-Effekt verwendet und spielt eine zentrale Rolle in der Spektroskopie, der Quantenoptik und der Festkörperphysik. In der Praxis ermöglicht sie das gezielte Anpassen von Energieniveaus, das Induzieren von Übergängen oder das Orientieren von Dipolen im Feld. In der Festkörper- und Quantenpunktphysik wird der Stark-Effekt genutzt, um Quantenbits oder Lichtquellen durch Stark-Tuning zu koppeln oder zu tunen.

Zusammengefasst beschreibt Starkkopplung die Feld-abhängige Kopplung von Zuständen durch den externen elektrischen Feldanteil, die sich in Energieverschiebungen, Zustandmischung und steuerbaren Übergängen äußert.