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Wasserstoff|atom,

 

Symbol H oder ¹H, das leichteste und am einfachsten gebaute aller Atome. Es besitzt nur ein Hüllenelektron und besteht damit, zusammen mit seinem Kern (bei gewöhnlichem Wasserstoff ein Proton), nur aus zwei Teilchen. Seine quantentheoretische Bewegungsgleichung kann daher zumindest so weit exakt, d. h. ohne physikalische Näherungen, gelöst werden, als dass sich das mit ihm gegebene Zweikörperproblem auf ein Einkörperproblem zurückführen lässt. Das Wasserstoffatom ist damit das Modellatom der Atomphysik, an dem sich, durch Vergleich quantitativer Vorhersagen mit den entsprechenden Messresultaten, die quantentheoretischen Prinzipien mit großer Präzision (relative Fehler etwa 10^-6 und weniger) auf Richtigkeit überprüfen lassen (z. B. anhand der Feinstruktur, der Hyperfeinstruktur, der Lamb-Shift und des Zeeman-Effekts). Das Wasserstoffatom nimmt auch insofern eine Sonderstellung ein, als sich die Lösungen seiner nichtrelativistisch quantenmechanischen Bewegungsgleichung, der Schrödinger-Gleichung, bei Vernachlässigung der (vergleichsweise kleinen) magnetischen Wechselwirkungen geschlossen darstellen lassen. Diese Lösungen sind von großem praktischem Interesse für den Ansatz bei Näherungsverfahren für Mehrelektronenatome, z. B. für die Hartree-Fock-Methode. Wegen der hohen Symmetrie und der radialen Abhängigkeit des Coulomb-Potenzials (des Potenzialfelds, in dem sich das Elektron bewegt) sind die Energieeigenwerte des Wasserstoffatoms hochgradig entartet (Entartung), und zwar nicht nur in den magnetischen Quantenzahlen des Bahndrehimpulses (aufgrund der Kugelsymmetrie), sondern auch in den Bahndrehimpulsquantenzahlen selbst (aufgrund der Proportionalität des Potenzials mit 1 / r²). Aus diesem Grund ist das Spektrum des Wasserstoffatoms bei mäßiger Auflösung ein Serienspektrum, das mit einer einzigen Serienformel beschrieben werden kann und erst bei hochauflösender Spektroskopie und beim Einbringen des Wasserstoffatoms in äußere Felder feinere Strukturen zeigt.