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Die Natur als Erfindung des Menschen
Naturwissenschaften   Kristallphysik

"Modell und Wirklichkeit in der Physik, ein Beispiel aus der Kristallphysik", Bericht über einen Vortrag von Dr. Andreas Palmer, Berlin

Eine Untersuchung in der Kristallphysik

Intention und Versuchsaufbau

Anmerkung Der Autor berichtet hier von einigen Aspekten seiner Doktorarbeit am Hahn-Meitner-Institut in Berlin.
Was ist ein Kristall? Modell:
Ein Kristall ist eine reglmäßige Anordnung von Elementarzellen.
Anordnung der Atome in einer Elementarzelle des Nickelfluoridkristalls NiF2 Fragestellung
  • Verändern die Fluorionen ihre Position bei Abkühlung auf wenige Grad Kelvin?
  • Was lässt sich über Abweichungen von der Kugelgestalt der Ionen im Kristallverband aussagen?
Untersuchung eines Kristalls mit Gammastrahlen
Gammastrahlen sind Röntgenstrahlen sehr hoher Energie, also kurzer Wellenlänge.(10 -12m). Ein keiner Teil der Strahlung wird abhäng von der Stellung des Kristalls und der genauen Stellung der Atome in seinen Elementarzellen gestreut. Modellannahmen über die "Geometrie" des Kristalls führen zu einer Berechnung, was im Detektor ankommen müsste, wenn die Modellannahme stimmt.
  Eine Versuchsserie besteht aus Intensitätsmessungen bei 500 Kristallstellungen. Dafür ist eine Messzeit von etwa 3 Monaten nötig.
Nun wird -und so ist das grundsätzlich in der Physik- geprüft, ob die Messungen mit den theoretisch ermittelten Werten übereinstimmen.
Ist das nicht der Fall, macht man sich zunächst Gedanken über die vorliegende Messgenauigkeit. Diese war im vorliegenden Fall außergewöhnlich hoch.
Dann modifiziert man das Modell und entwickelt es weiter, möglichst bis der Unterschied zwischen Experiment und Theorie nur noch in der Größenordnung der Messgenauigkeit liegt.
Ergebnis:
Man weiß nun mehr über Nickel- Fluorid- Kristalle.
  • Fluorionen verändern ihre Position bei Abkühlung von Raumtemperatur auf -260C um 0,25% eines Atomradius.
  • Damit wurde eine Vorhersage aus der Theorie der optischen Doppelbrechung bestätigt.
  • Die Nickelionen sind in Richtung ihrer Nachbar- Fluorionen deformiert.

[Ausgleichskurven durch Messdaten] [Anpassung des Modells an die Messdaten] [Der NiF2-Kristall] [Schlussfolgerung]



obenAutor: Dr. Andreas Palmer, Abitur 82 Web: [Dr. Dörte Haftendorn]  Datum: 29. Mai 99. Letzte Änderung am 05. April 2000
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