| Titelseite | 4 |
| Impressum | 5 |
| Inhaltsverzeichnis | 6 |
| Vorbemerkungen | 9 |
| 1 Von der Atomhypothese zur endgültigen Gewissheit über die Existenz von Atomen | 12 |
| 1.1 Vor 2500 Jahren: eine Idee wird geboren | 12 |
| 1.2 Die Überzeugung, dass es Atome gibt, ist noch nicht alt | 12 |
| 1.3 Ein Traum wird wahr | 13 |
| 1.4 Besteht alle Materie aus (einzelnen) Atomen | 15 |
| 2 Was können Sie aus der makroskopischen Physik über Atome lernen? | 17 |
| 2.1 Regelmäßiger Bau von Kristallen | 17 |
| 2.2 Kristallebenen-Abstand | 17 |
| 2.3 Raumfüllung | 17 |
| 2.4 Atomgröße nach dem Van der Waals-Gesetz | 18 |
| 2.5 Faraday-Gesetz der Elektrolyse | 18 |
| 2.6 Brown'sche Bewegung | 18 |
| 2.7 Reaktionsverhalten | 19 |
| 2.8 Festkörpereigenschaften | 19 |
| 2.9 Magnetismus | 19 |
| 2.10 Massenbestimmung | 19 |
| 2.11 Spinmessung im Grundzustand | 20 |
| 2.12 Ausblick: Der neue 1 kg-Standard und seine Folgen | 20 |
| 2.13 Atome in der Schule | 21 |
| 3 Was können Sie aus der makroskopischen Physik nicht über Atome lernen? | 22 |
| 3.1 Was es nicht gibt, können Sie auch nicht kennen – sagt die Quantenmechanik | 22 |
| 3.2 Grundfakten nach dem "Würzburger Quantenphysik-Konzept" (WQPK) | 24 |
| 4 Wie können Sie etwas über ein Atom lernen? | 25 |
| 4.1 Welche Informationen gibt ein Atom selbst nach Energiezufuhr preis? | 25 |
| 4.2 Ein Atom wird bombardiert | 25 |
| 5. Welche Gestalt hat ein Atom? | 30 |
| 5.1 Wie sieht ein Atom aus? | 30 |
| 5.2 Gerichtete Valenzen | 30 |
| 6. Der Aufbau der Atome - Teile des Unteilbaren | 31 |
| 6.1 Einige historische Stationen | 31 |
| 6.2 Modelle in der Quantenphysik | 33 |
| 7 Spektroskopie - ein Atom verrät seine innere Struktur | 34 |
| 7.1 Absorptions- und Emissionspektroskopie | 34 |
| 7.2 Bohr'sche Deutung der Spektrallinien des H-Atoms durch Energiestufen | 37 |
| 7.3 Spektralanalyse und Anwendungen spontaner Strahlung | 38 |
| 7.4 Röntgenabsorptionsspektrum | 38 |
| 7.5 Charakteristische Röntgenstrahlung | 40 |
| 7.6 Moseley-Gesetze der charakteristischen Strahlung | 41 |
| 7.7 Stimulierte Emission und Absorption | 42 |
| 7.8 Fluoreszenz - ein ständiges Nehmen und Geben | - nichts hat Dauer für immer | 43 |
| 7.9 Der Doppler-Effekt – Fluch und Segen | 44 |
| 7.10 Natürliche Linienbreite – Doppler-Breite | 45 |
| 7.11 Dopplerfreie Spektroskopie | 47 |
| 7.12 Mößbauer-Effekt: Stoßpartner mit unendlicher Masse? | 51 |
| 7.13 Quantenschwebungen - Interferenz oder auch keine | 51 |
| 8. Ins Atom hineingeschaut – Atommodelle | 54 |
| 8.1 Atommodelle | 54 |
| 8.2 Atomarer Magnetismus | 74 |
| 8.3 Mehrelektronenatome - Rosinenkuchen, Streusand, Suppe oder ... ? | 88 |
| 9. Mit Licht die Welt aus den Angeln heben | 106 |
| 9.1 Lichtkraft - Übersicht | 106 |
| 9.2 Lichtkraft - fast noch klassisch | 109 |
| 9.3 Genaueres zu Lichtkräften und Rabi-Oszillationen | 110 |
| 9.4 Mit Licht kühlen | 135 |
| 9.5 Mit Licht Atome einfangen und auf Abstand halten | 139 |
| 9.6 Mit Licht Atome ablenken (Lichtgitter) | 139 |
| 10. Ping-Pong mit einzelnen Atomen | 140 |
| 11. Einige modernere Aspekte der Atomphysik - den Teufel im Detail überwinden | 143 |
| 11.1 Mit Atomen Welle spielen – Lichtgitter und Talbot-Lau-Interferometer | 143 |
| 11.2 Maulkorb für Atome - Hohlraum-Quantenelektrodynamik | 148 |
| 11.3 Quantensprünge - einem Atom beim Lichtaussenden zuschauen | 151 |
| 11.4 Atome hinter Gittern – Fallen | 154 |
| 11.5 Einige wenige Informationen zur Funktion des Lasers eines bestimmten Typs | 160 |
| 11.6 Quantentheorie ernst nehmen: verschränkte Systeme | 161 |
| 11.7 Das Ramsey-Interferometer | 167 |
| 11.8 Mit Atomen Zeit stoppen: die Atomuhr | 170 |
| 11.9 Der Frequenzkamm | 170 |
| 11.10 NMR - magnetischer Atomspion in ahnungsloser Umgebung | 171 |
| 11.11 Neue Materieformen – lang ersehnt – endlich gefunden | 178 |
| 11.12 Das Fluoreszenz-Mikroskop (STED-Mikroskop) | 182 |
| 12. Mit Atomen rechnen | 184 |
| 12.1 Quantenkryptographie | 184 |
| 12.2 Quantencomputer | 186 |
| 12.3 Quantenteleportation | 187 |
| 12.4 Quantensimulator | 188 |
| Anhang | 190 |
| A.1 „Atomgewicht“ / Atommasse | 190 |
| A.2 Anschauungs- und Konfigurationsraum | 191 |
| A.3 Quantenobjekte | 195 |
| A.4 Die Schrödinger-Gleichungen | 199 |
| A.5 Heisenberg-Gleichung | 203 |
| A.6 Die relativistische Dirac-Gleichung | 209 |
| A.7 Born‘sche Wahrscheinlichkeitsdeutung | 211 |
| A.8 Heisenberg‘sche Un-bestimmtheitsrelation | 213 |
| A.9 "Störung durch den Messvorgang" und Zweiteilchen-Interferenz? | 217 |
| A.10 Korrespondenz-Prinzip | 219 |
| A.11 Das Ehrenfest-Theorem | 222 |
| A.12 Das Bohr‘sche Modell des Wasserstoffatoms | 223 |
| A.13 Rydberg-Atome | 228 |
| A.14 Elektronium-Modell als didaktisches Modell | 230 |
| A.15 Orbitale | 232 |
| A.16 Slater-Determinante | 233 |
| A.17 Wie sieht ein Atom aus | 234 |
| A.18 Atomradien | 236 |
| A.19 Modelle in der Quantenphysik | 237 |
| A.20 Feynman-Diagramme | 241 |
| A.21 Multiplett, Singulett und Triplett | 245 |
| A.22 Klassifizierung der Spektralterme, Elektronenkonfiguration und Energieniveaus | 246 |
| A.23 Poisson-Statistik | 247 |
| A.24 Radiowellen quantenmechanisch / Glauber-Zustände / kohärente Zustände z.B. einer Laser-Mode | 250 |
| A.25 Konkurrierende Prozesse | 252 |
| A.26 Kontinuitätsgleichung | 253 |
| A.27 Holistisch / reduktionistisch? | 254 |
| A.28 Lokal – realistisch? | 256 |
| A.29 Compton-Effekt | 257 |
| A.30 Fotoeffekt | 260 |
| A.31 Was ist falsch an einer vermeintlich „klassischen Vorstellung“ vom Fotoeffekt? | 263 |
| A.32 Doppelspalt-Interferenz | 263 |
| A.33 Einteilchen-Interferenz im Unterschied zu Wellen-Interferenz | 265 |
| A.34 Interferenz von Zweiteilchen-Zuständen | 267 |
| A.35 Eindimensionaler (linearer) Potenzialkasten | 269 |
| A.36 Separation von Schwerpunkts- und Relativkoordinaten beim H-Atom | 272 |
| A.37 Kugelsymmetrisches Potenzial bzw. Zentralfeld-Näherung: Vereinfachungen | 276 |
| A.38 Masse und Gravitation | 278 |
| A.39 Wie groß ist ein Elektron? | 279 |
| A.40 Kann man die Polarisation eines Photons messen? | 279 |
| A.41 Erzwungene Schwingung eines klassischen harmonischen Oszillators | 281 |
| A.42 Auseinanderlaufen von Wellenpaketen – Dekohärenz | 282 |
| A.43 Wellen im Impulsraum | 285 |
| A.44 Der so genannte „Welle-Teilchen-Dualismus“ | 289 |
| A.45 Normaler Zeeman-Effekt: Klassische Erklärung für einen elektrischen Dipol im Magnetfeld | 290 |
| A.46 Ein klassischer Kreisel im Magnetfeld | 291 |
| A.47 Eine "klassische" Magnetisierung im zeitabhängigen Magnetfeld – Bloch-Gleichungen mit Dämpfung | 293 |
| A.48 Pulsreaktion eines magnetischen Dipols im Magnetfeld | 299 |
| A.49 Zweiniveau-System ohne Dämpfung nach der Schrödinger-Theorie | 300 |
| A.50 Rotating wave approximation | 304 |
| A.51 Frequenzverdoppelung und parametrische Verstärkung | 306 |
| A.52 Frequenzkamm zur Messung hoher Licht-Frequenzen | 307 |
| A.53 Teilchenzwillinge sind nicht zwei Teilchen | 310 |
| A.54 Bertlmanns Socken und die „Geburtsurkunde verschrankter Systeme“ | 311 |
| A.55 Bell'sche Ungleichung | 313 |
| A.56 Verschränkte Systeme | 315 |
| A.57 Zweiteilchen-Wahrscheinlichkeitsdichte – Pauli-Prinzip und Austauschterm | 316 |
| A.58 Verschiedene Arten des Magnetismus | 317 |
| A.59 Doppler-Effekt | 318 |
| A.60 Feinstruktur – Aufspaltung | 319 |
| A.61 Hyperfeinstruktur-Aufspaltung | 321 |
| A.62 Das didaktische Wurzburger Quantenphysik-Konzept | 323 |
| Stichwortverzeichnis | 325 |
