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Lexikon der Optik: Stark-Effekt

Stark-Effekt (J. Stark, 1874-1958), die von Stark 1913 entdeckte Erscheinung, daß die Spektrallinien des Wasserstoffs (Balmer-Linien) eine Aufspaltung zeigen, wenn die Lichtemission in einem elektrischen Feld stattfindet. Die Versuchsanordnung bestand in einem leuchtenden Kanalstrahl, der einen Feldkondensator durchlief. Eine zweite, von Stark und Lo Surdo unabhängig erdachte Methode (Lo-Surdo-Methode) besteht in der Beobachtung der Emission des negativen Glimmlichtes in einem auf etwa 1 mm eingeengten Entladungsrohr, wo genügend große Feldstärken auftreten. Die Wasserstofflinien und die Linien der übrigen Ein-Elektronen-Spektren zeigen eine symmetrische Aufspaltung, die proportional der 1. Potenz der elektrischen Feldstärke anwächst (linearer S.); die Zahl der Aufspaltungskomponenten wächst mit der Laufzahl der Serie. Bei Mehr-Elektronen-Spektren beobachtet man eine unsymmetrische Linienaufspaltung, bei der die Verschiebung der Komponenten proportional dem Quadrat der elektrischen Feldstärke ist (quadratischer S.). Die Aufspaltung der Spektrallinien hat ihre Ursache in einer entsprechenden Aufspaltung der Energieniveaus, bedingt durch die Wechselwirkung der Hüllenelektronen mit dem äußeren elektrischen Feld E. Dabei lautet die Wechselwirkungsenergie -p·E, wobei p das resultierende elektrische Dipolmoment der Elektronen bezeichnet. Im Falle des Wasserstoffs bzw. wasserstoffähnlicher Atome ist ein solches Dipolmoment bereits unabhängig von E vorhanden, bei den Mehr-Elektronen-Systemen wird es jedoch durch das äußere Feld erst induziert und ist damit selbst proportional zu E. Infolge der genannten Wechselwirkung spalten die zum gleichen Wert des Gesamtdrehimpulses J (bzw. j) gehörigen Unterniveaus entsprechend dem Wert M (bzw. mj) der magnetischen Quantenzahl (Komponente von J bzw. j in E-Richtung) auf, wobei jedoch die beiden Unterniveaus mit M und -M (bzw. mj und -mj) nach wie vor zusammenfallen, da sie sich nur im Umlaufssinn des Elektrons unterscheiden. Der S. ist eine der Ursachen der Verbreiterung (Stark-Verbreiterung) und Verschiebung von Spektrallinien bei hohen Dichten und in Kristallgittern. An Supergittern wurde kürzlich der sog. quantum confined Stark effect beobachtet (optischer Computer).

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