Atom ve Kuantum Fiziği

Kitap Adı	:	Atom ve Kuantum Fiziği - Deneyler ve Teoriye Giriş-
Yazar Adı	:	Hermann Haken / Hans Christoph Wolf
Çeviren	:	Doç. Dr. İbrahim Okur
ISBN	:	975-8289-26-8
İlk Baskı Tarihi	:	Ocak 2000
Baskı Sayısı	:	1. Baskı
Kağıt Cinsi	:	İthal Kağıt
Kapak Cinsi	:	Karton Kapak
Liste Fiyatı	:	21.6 TL
Sayfa	:	545 Sayfa
Ebat	:	16,0 x 23,5

Hızla ilerleyen Fizik Bilimi ve bununla ilgili olarak da yüksek teknolojinin iyi anlaşılabilmesi, öncelikle maddenin yapıtaşı olan atomlar ve moleküllerle, bunların iç yapısını aydınlatan Kuantum Fiziği'nin oldukça iyi bir şekilde kavranmasından geçmektedir. Bu temel alındıktan sonra, gelişmiş ülke sınıfına katılma hedefi olan ülkemiz değerli bilim insanlarının yakın zamanda gerçekleştirilmiş araştırma ve sonuçlarından ço yakında ve çok kısa süre içinde haberdar olma zorunluluğu bulunmaktadır.
Ayrıca bilimi öğreten, açıklayan kitapların oldukça açık ve net olma, ulaşacağı kitleye uzak ve zor bir tarzda yazılmama zorunluluğu da bulunmaktadır.
İşte elinizdeki bu kitap yukarıda anlatılanların tümünü içinde bulunduran kıymetli bir eserdir.

ATOM VE KUANTUM FİZİĞİ     H. Haken / H. C. Wolf
 

Atom ve kuantum fiziğinin tam olarak anlaşılması, açıkça hem Fizik ve hem de Kimya ile Elektrik mühendisliği gibi komşu disiplindeki öğrenciler için bir zorunluluktur. Bu öğrencilerin özellikle ihtiyacını duyacakları şey, atom ve kuantum fiziğinin hem deney ve hem de teorik olgularının ahenkli bir sunumudur. Aslında bu alan, sadece zekice yapılmış deneyler ve eş değerde zekice geliştirilmiş yeni fikirler arasındaki yakın ilişkiyle gelişebilir

Atomların mikro dünyası ile ilgili çalışmanın fiziksel düşüncede bir gelişime ve ölçülebilirlik gibi klasik fiziğin fikirlerinin bırakılmasına sebep olduğu çok iyi bilinen bir gerçektir. Fakat, atom ve kuantum fiziği ulaşımı zor yeni fiziksel fikirlerin gelişimine göre sadece ilgi çekici hoş bir alan değildir. Bu branş diğer alanlar için bir temel olarak, oldukça büyük öneme de sahiptir. Örneğin, kimyasal bağlanmanın kuantum teorisi yoluyla kimyaya bir kavramsal temel kazandırır. İletişim ve bilgisayar teknolojisindeki sayısız uygulamalarıyla modern katıhal fiziği, ilk olarak atom ve kuantum fiziğinde geliştirilmiş temel kavramlara dayanmaktadır. Önemli birçok teknik uygulamalar arasında, fiziksel yapısı klasik ışık kaynaklarından oldukça farklı ışık üreten, oldukça geniş bir şekilde kullanılan ışık kaynağı olarak lazerden bahsedeceğiz.

Bu kitapta, okuyucuya bu alanda çalışan bir fizikçiye atom ve kuantum fiziğinin hala daha verebileceği bazı ilginç örneklerin olduğu mesajını taşıma amacı güttük. İlgisiz kısımları bir kenara bırakarak temel gerçekler ve teorik yöntemleri derinlemesine incelemeyi denedik. Teorik ve deneysel olarak çalışan yazarların derslerinden açığa çıkan bu notlar, Stuttgart Üniversitesinde yıllarca  okutulmuştur. Bu dersler deneysel ve teorik içerikleriyle iyi bir şekilde çakışmaktadırlar.

Konu anlatımında, teorik alana daha çok girmek isteyen öğrenciler için, derli-toplu olarak hazırlanmış oldukça zor bazı teorik kesimler bulunmaktadır. Okuması daha zor olan bu bölümlere yıldız (asteriks) işareti konulmuştur. Bunlar kitabın ilk okunması sırasında atlanabilirler. Katıhal fiziği çalışması için bir başlangıç noktası olarak görünebilecek, kimyasal bağın kuantum teorisiyle ilgili bölüm gibi, kimyada önemli olan bir bölümü de bu kitaba ekledik. Bundan başka, spin rezonansı ile ilgili bölümler koyduk. Bunlarda elektron spinleriyle ilgilenip, benzer fikirleri çekirdek spinlerine uyguladık. Spin rezonansı yöntemleri modern fizik, kimya ve biyolojik araştırmalarla, (nükleer spin tomografisi gibi) tıbbi teşhiste oldukça büyük öneme sahiptir. Atom fiziğinde (Rydberg atomlarıyla ilgili çalışmalar gibi) yakın zamanda meydana gelen gelişmeler dikkate alınmış ve lazer ışığıyla nonlineer spektroskopinin temel özellikleri de ayrıntılı olarak incelenmiştir. Okuyucunun, atom ve kuantum fiziğini derslerimizdeki öğrenciler gibi zevkli bulacağını ümit ediyoruz.

Hızla ilerleyen Fizik Bilimi ve bununla ilgili olarak ta yüksek teknolojinin iyi anlaşılabilmesi, öncelikle maddenin yapıtaşı olan atomlar ve moleküllerle, bunların iç yapısını aydınlatan Kuantum Fiziği’nin oldukça iyi bir şekilde kavranmasından geçmektedir. Bu temel alındıktan sonra, gelişmiş ülke sınıfına katılma hedefi olan ülkemiz değerli bilim insanlarının yakın zamanda gerçekleştirilmiş araştırma ve sonuçlarından çok yakından ve çok kısa süre içinde haberdar olma zorunluluğu bulunmaktadır.

Ayrıca bilimi öğreten, açıklayan kitapların oldukça açık ve net olma, ulaşacağı kitleye uzak ve zor bir tarzda yazılmama zorunluluğu da bulunmaktadır (Fiziğin başlangıçta biraz sıkıcı gözüken formülleri sadece birer kaba resim gözüyle görülmelidir!).

İyi bir kitapta olması gereken bir başka nokta da öğretici ve konuları tamamlayıcı problemlerin verilmesi ve bunların çözüm yollarının ifade edilmesidir.

İşte elinizdeki bu kitap yukarıda anlatılanların tümünü içinde bulunduran kıymetli bir eserdir. Sade konu anlatımı, son gelişmelerin içerilmesi, bol problem ve çözümleri (170 civarında) ile ilgilenen okuyucuya konu konu ileri okuma kitaplarının bulunması bu eseri alanında oldukça iyi noktaya koymaktadır.

Springer Yayınevinin bastığı ve (2000 yılı basımlı) 6. baskıdan çevirdiğim bu eserin ülkemizdeki üniversite eğitimine oldukça iyi bir katkı yapacağı inancındayım.

                                                                                                                                                      DOÇ. DR. İBRAHİM OKUR

İÇİNDEKİLER

1.       Giriş 

1.1    Klasik Fizik ve Kuantum Mekaniği 

1.2    Kısa Tarihsel Gelişim 

2.       Atomun Kütle ve Boyutu 

2.1    Atom Nedir?

2.2    Kütlenin Tayini 

2.3  Avagadro Sayısını Tespitteki Metotlar 

2.3.1 Elektroliz 

2.3.2 Gaz Sabiti ve Boltzmann Sabiti 

2.3.3 Kristallerde X-Işını Kırınımı 

2.3.4 Radyoaktif Bozunma Yoluyla Tayin Etme 

2.4  Atomun Boyutunun Tayini 

        2.4.1 Gazların Kinetik Teorisinin Uygulanması 

                2.4.2 Etkileşme Tesir Kesiti 

                2.4.3 Etkileşme Tesir Kesitinin Deneysel Tespiti 

                2.4.4 Atomik Boyutu Eşhacimden Tayin Etme 

                2.4.5 Kristallerde X-Işını Kırınımı Ölçümleriyle Atomik Boyutların Eldesi

                2.4.6 Tek Tek Atomları Görmek Mümkün müdür? 

Problemler 

3.       İzotoplar 

3.1    Elementlerin Periyodik Sistemi 

3.2    Kütle Spekroskopisi 

3.2.1      Parabol Yöntemi 

3.2.2      Geliştirilmiş Kütle Spektrometreleri 

3.2.3      Kütle Spektrometresinin Sonuçları 

3.2.4      Kütle Spektrometresinin Modern Uygulamaları 

3.2.5      İzotop Ayrıştırma 

Problemler 

4.       Atomun Çekirdeği 

4.1    Madde İçinden Geçen Elektron Demeti 

4.2    Alfa Parçacıkları Demetinin Maddede İlerlemesi

(Rutherford Saçılması) 

4.2.1      Alfa Parçacıklarının Bazı Özellikleri 

4.2.2      Alfa Parcacıklarının İnce Bir Yaprak Levhadan Saçılması 

4.2.3      Rutherford Saçılma Formülünün Çıkarımı 

4.2.4      Deneysel Sonuçlar 

4.2.5      Çekirdek Yarıçapıyla Ne Kastedilmektedir? 

Problemler 

5.       Foton 

5.1    Işığın Dalga Karakteri 

5.2    Isıl Radyasyon 

5.2.1      Siyah Cisim Radyasyonunun Spektral Dağılımı 

5.2.2      Planck’ın Radyasyon Formülü 

5.2.3      Einstein’ın Planck Formülünü Türetmesi 

5.3    Fotoelektrik Etki 

5.4    Compton Etkisi 

5.4.1      Deneyler 

5.4.2      Compton Kaymasının Türetimi 

Problemler 

6.       Elektron 

6.1    Serbest Elektronların Üretilmesi 

6.2    Elektronun Boyutu 

6.3    Elektronun Yükü 

6.4    Elektronun e/m Özel Yükü 

6.5    Elektron ve Diğer Parçacıkların Dalga Karakteri

6.6    Atomlarla Girişim 

Problemler 

7.       Madde Dalgalarının Bazı Temel Özellikleri 

7.1    Dalga Paketleri 

7.2    İhtimalci Yaklaşım 

7.3    Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi 

7.4    Enerji-Zaman Belirsizlik Bağıntısı 

7.5    Bağlı Haller İçin Belirsizlik Bağıntılarının Bazı Sonuçları

Problemler 

8.       Hidrojen Atomunun Bohr Modeli 

8.1          Spektroskopinin Temel Prensipleri 

8.2          Hidrojen Atomunun Optik Spektrumu 

8.3          Bohr Postülatları

8.4          Bazı Sayısal Sonuçlar 

8.5          Çekirdeğin Hareketi 

8.6          Hidrojen Benzeri Atomların Spektrumları 

8.7          Müyonik Atomlar 

8.8          Çarpışmalar Yoluyla Kuantum Sıçramalarının Uyarılması 

8.9          Sommerfeld’in Bohr Modelini Genişletmesi ve İkinci Bir Kuantum Sayısının Varlığının Deneysel İspatı 

8.10      Relativistik Kütle Değişimiyle Yörünge Dejenereliğinin Kaldırılması 

8.11      Bohr-Sommerfeld Teorisinin Sınırları, Karşılıklılık Prensibi 

8.12      Rydberg Atomları 

8.13      Pozitronyum, Müyonyum ve Antihidrojen 

Problemler 

9.       Kuantum Teorisinin Matematiksel Çerçevesi 

9.1    Bir Kutuda Parçacık

9.2    Schrödinger Eşitliği 

9.3    Kuantum Teorisinin Kavramsal Temelleri 

9.3.1      Gözlemler, Ölçüm Değerleri ve İşlemciler 

9.3.2      Momentum Ölçümü ve Momentum Olasılığı 

9.3.3      Ortalama Değerler ve Beklenen Değerler 

9.3.4      İşlemciler ve Beklenen Değerler

9.3.5      Dalga Fonksiyonunu Belirleyen Eşitlikler 

9.3.6      Eş Zamanlı Gözlenebilirlik ve Yer Değiştirme Bağıntıları

9.4    Kuantum Mekanik Titreşici

Problemler 

10.    Hidrojen Atomunun Kuantum Mekaniği 

10.1      Bir Merkezi Alanda Hareket 

10.2      Açısal Momentum Özfonksiyonları 

10.3      Merkezi Alanda Radyal Dalga Fonksiyonları*

10.4      Hidrojenin Radyal Dalga Fonksiyonları 

Problemler 

11.    Alkali Atomların Spektrumlarındaki Yörünge

Dejenereliğinin Kaldırılması 

11.1      Kabuk Yapısı 

11.2      Perdeleme

11.3      Terim Diyagramı 

11.4      İç Kabuklar

Problemler 

12.    Yörünge ve Spin Manyetizma. İnce Yapı 

12.1      Giriş ve Genel Bakış 

12.2      Yörünge Hareketinin Manyetik Momenti 

12.3      Bir Manyetik Alanda Dönme ve Yönlenme 

12.4      Elektronun Spin ve Manyetik Momenti 

12.5      Einstein-de Haas Metoduyla Jiromanyetik Oranın Tespiti 

12.6      Stern ve Gerlach Tarafından Yönsel Kuantumlanmanın Tespiti 

12.7      İnce Yapı ve Spin-Yörünge Çiftlenmesi: Genel Bakış 

12.8      Bohr Modelinde Spin-Yörünge Yarılmasının Hesaplanması 

12.9      Alkali Atomların Seviye Şeması

12.10   Hidrojen Atomunun İnce Yapısı 

12.11   Lamb Kayması 

Problemler 

13.    Bir Manyetik Alanda Atomlar:

Deneyler ve Bunların Yarıklasik Açıklanması 

13.1      Bir Manyetik Alanda Yöne Bağlı Kuantumlanma 

13.2      Elektron-Spin Rezonansı (ESR) 

13.3      Zeeman Etkisi 

13.3.1       Deneyler 

13.3.2       Klasik Elektron Teorisiyle Zeeman Etkisinin Açıklanması 

13.3.3       Vektör Modeliyle Normal Zeeman Etkisinin Tanımlanması 

13.3.4       Anormal Zeeman Etkisi 

13.3.5       Spin-Yörünge Çiftenimiyle Manyetik Momentler

13.4      Paschen-Back Etkisi 

13.5      Çifte Rezonans ve Optik Pompalama 

Problemler 

14.    Manyetik Alanda Atomlar: Kuantum Mekanik Ele Alış 

14.1      Normal Zeeman Etkisinin Kuantum Teorisi 

14.2      Elektron ve Proton Spinlerinin Kuantum Teorik Olarak Ele Alınması 

14.2.1     Açısal Momentum Olarak Spin 

14.2.2       Spin İşlemcileri, Spin Matrisleri ve Spin Dalga Fonksiyonları          

14.2.3       Manyetik Alanda Bir Spinin Schrödinger Eşitliği 

14.2.4       Beklenen Değerlerle Spin Dönmesinin Tanımlanması

14.3        Spin Yörünge Çiftlenimiyle Anormal Zeeman Etkisinin Kuantum Mekaniksel Olarak Ele Alınması*

14.4        Bir Sabit ve Bir Zaman Bağımlı Karşılıklı Birbirlerine Dik Manyetik Alanlarda Spin İçin Kuantum Teorisi

14.5        Bloch Eşitlikleri 

14.6        Elektronun Relativistik Teorisi: Dirac Eşitliği 

Problemler 

15.    Elektrik Alanda Atomlar 

15.1      Stark Etkisi Gözlemleri 

15.2      Lineer ve Karesel Stark Etksinin Kuantum Teorisi 

15.2.1       Hamiltoniyen 

15.2.2       Karesel (Kuadratik) Stark Etkisi.

Dejenerasyonsuz Perturbasyon Teorisi* 

15.2.3       Lineer Stark Etkisi, Dejenereliğin Varlığında Pertürbasyon Teorisi*  

15.3      Bir Ahenkli Radyasyon Alanıyla İki Seviyeli Bir Atomun Etkileşmesi 

15.4      Spin ve Foton Yansımaları 

15.5      Kuantum Elektrodinamiğine Bir Bakış* 

15.5.1       Alan Kuantumlanması 

15.5.2       Kütle Yeniden Normalleştirilmesi ve Lamb Kayması 

Problemler 

16.    Optik Geçişlerin Genel Kanunları 

16.1      Simetriler ve Seçim Kuralları 

16.1.1       Optik Matris Elemanları 

16.1.2       Dalga Fonksiyonlarının Simetri Davranışı İle İlgili Örnekler 

16.1.3       Seçim Kuralları 

16.1.4       Seçim Kuralları ve Multipol Radyasyon* 

16.2      Çizgi Genişlikleri ve Çizgi Şekilleri 

17.    Çok-Elektronlu Atomlar

17.1      Helyum Atomunun Spektrumu 

17.2      Elektron İticiliği ve Pauli İlkesi 

17.3      Açısal Momentumun Çiftlenmesi 

17.3.1       Çiftlenme Mekanizması 

17.3.2       LS Çiftlenimi (Russell-Saunders Çiftlenimi) 

17.3.3       jj Çiftlenimi 

17.4      Çok Elektronlu Atomların Manyetik Momentleri 

17.5      Çoklu Uyarmalar 

Problemler

18.    X-Işını Spektrumları, İç Kabuklar

18.1      Giriş Notları 

18.2      Dış Kabuklardan Kaynaklanan X-Radyasyonu 

18.3      X-Işını Frenleme Spektrumları 

18.4      Salınım Çizgi Spektrumları: Karakteristik Radyasyon 

18.5      X-Işını Spektrumlarının İnce Yapısı 

18.6      Soğurma Spektrumları 

18.7      Auger Etkisi 

18.8      Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve ESCA 

Problemler 

19.    Periyodik Sistemin Yapısı, Elementlerin Taban Halleri 

19.1      Periyodik Sistem ve Kabuk Yapısı

19.2      Elektron Konfigürasyonundan Atomik Terim Şemasına Geçiş. 

Atomların Taban Halleri

19.3      Atomların Uyarılmış Halleri ve Mümkün Elektronik Konfigürasyonlar.

Tamam Terim Şeması 

19.4      Çok-Elektron Problemi. Hartree-Fock Yöntemi* 

19.4.1       İki Elektron Problemi 

19.4.2       Karşılıklı Etkileşim Yokluğunda Çok Elektronlu Sistem 

19.4.3       Elektronların Coulomb Etkileşmesi. Hartree ve Hartree-Fock Yöntemleri

Problemler

20.    Çekirdek Spini, Aşırı İnce Yapı 

20.1      Atomik Spektrumlarda Atom Çekirdeğinin Etkisi 

20.2      Atom Çekirdeklerinin Spin ve Manyetik Momenleri 

20.3      Aşırı İnce Yapı Etkileşmesi 

20.4    Hidrojen Atomu, Sodyum Atomu ve Hidrojen Benzeri ₈₃Bi⁸²⁺

İyonunun Taban Halindeki Aşırı İnce Yapısı 

20.5      Bir Dış Manyetik Alanda Aşırı İnce Yapı, Elektron Spin Rezonansı                       

20.6      Çekirdek Spini ve Manyetik Momentlerin Doğrudan Ölçülmesi, Nükleer Manyetik Rezonans 

20.7      Nükleer Manyetik Rezonansın Uygulamaları 

20.8      Çekirdek Elektrik Kuadrupol Momenti 

Problemler 

21.    Lazer 

21.1      Lazer İçin Bazı Temel Kavramlar 

21.2      Oran Eşitlikleri ve Lazer Işığı Salma Şartları 

21.3      Lazer Işığının Genlik ve Fazı 

Problemler 

22.    Optik Spektroskopinin Modern Yöntemleri 

22.1      Klasik Yöntemler 

22.2      Kuantum Vurmaları 

22.3      Doppler Etkisiz Doyma Spektroskopisi 

22.4      Doppler Etkisiz İki Foton Soğurması 

22.5      Seviye-Kesişme Spektroskopisi ve Hanle Etkisi 

22.6      Atomların Lazerle Soğutulması 

22.7      Yıkıcı Olmayan Tek-Foton Tespiti- Rezonant Boşlukta Atom Fiziğinin Bir Uygulaması 

Problemler 

23.  Kuantum Fiziğindeki Gelişmeler:

       Daha Derin Anlayış ve Yeni Uygulamalar 

        23.1    Giriş 

23.2    Üst Üste Gelme İlkesi, Girişim, İhtimal ve İhtimal Genlikleri 

23.3      Schrödinger’in Kedisi 

23.4      Ahenksizlik 

23.5      İç İçe Girme 

23.6      Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) Paradoksu 

23.7      Bell Eşitsizlikleri ve Gizli-Değişken Hipotezleri 

23.8      Bell Eşitsizliklerinin Denenmesiyle İlgili Deneyler

23.9      Kuantum Bilgisayarları* 

23.9.1       Tarihsel Notlar 

23.9.2       Sayısal Bilgisayarlar Hakkında Özet Bilgiler 

23.9.3       Kuantum Bilgisayarlarının Temel Kavramları 

23.9.4       Ahenksizlik ve Hata Düzeltme 

23.9.5       Kuantum Bilgisayarı ile Sayısal Bilgisayarın Karşılaştırılması 

23.10   Kuantum Bilgi Teorisi 

23.11   Bose-Einstein Yoğunlaşması 

23.11.1    İstatistik Mekaniğin Özeti 

23.11.2    Deneysel Keşif 

23.11.3    Bose-Einstein Yoğunlaşmasının Kuantum Teorisi 

23.12   Atom Lazeri 

Problemler 

24.  Kimyasal Bağlanmanın Kuantum Teorisinin Temelleri

24.1   Giriş Notları 

24.2  Hidrojen Molekülü İyonu 

24.3      Tünel Etkisi 

24.4      H₂ Hidrojen Molekülü 

24.5      Kovalent-İyonik Rezonans 

24.6      Hund-Mulliken-Bloch Hidrojen Bağlanma Teorisi 

24.7      Melezleşme 

24.8      C₆H₆ Benzen’in p Elektronları 

Problemler 

Ekler

A.      Dirac Delta Fonksiyonu ve Bağsız Uzayda Serbest Bir

Parçacığın Dalga Fonksiyonunun Normalleştirilmesi 

B.      Hamilton İşlemcisi, Özfonksiyonları ve Özdeğerlerinin Bazı Özellikleri

C.      Heisenberg’in Belirsizlik İlkesinin Türetimi 

Problemlerin Çözümleri 

Özel Okuma Kitapları 

Söz Dizini 

Atom Fiziğinin Temel Sabitleri (Ön Kapağın İç Kısmında)

Enerji Dönüşüm Tablosu (Arka Kapağın İç Kısmında)