Wie ist ein Atom wirklich aufgebaut? Warum können Geschwindigkeit und Position eines Elektrons nicht gleichzeitig sicher bestimmt werden? Wie können Objekte einfach durch Wände "tunneln"? Die Antworten darauf kann die Quantenphysik liefern - sie beschreibt Effekte auf der Größenskala von Atomen und darunter.

Mit mathematischen Hilfsmitteln der linearen Algebra und der Analysis werden solche Quantenobjekte physikalisch beschrieben. Dabei wird beispielsweise klar, dass die Elektronen nicht einfach um den Atomkern kreisen und dass sie sich unter Lichteinstrahlung gemäß fester Gesetzmäßigkeiten verhalten. Diese Gesetzmäßigkeiten sieht man im Spektrum der Atome, das angibt, mit welchen Licht-Wellenlängen das Atom interagiert.

Um solche Atomspektren zu messen, kann man Atome mit einem Laser bestrahlen und dabei beobachten, welche Wellenlängen wie stark absorbiert werden.
Hierbei müssen jedoch verschiedene experimentelle Hürden überwunden werden. Beispielsweise bewegen sich die Atome in einer Gaszelle so stark, dass das Spektrum vom Dopplereffekt ausgeschmiert wird. Eine Technik, das zu umgehen, ist die Nutzung eines zusätzlichen, gegenläufigen Anregungsstrahls. Dieses als Sättigungsspektroskopie bekannte Verfahren ist heutzutage eine Standardtechnik der Atomphysik.

Der Kurs gibt eine Einführung in die Quantenphysik von theoretischer Seite und erarbeitet das Spektrum von Wasserstoffatomen und Alkalimetallen. Darauf aufbauend vermittelt der Kurs die Technik der Sättigungsspektroskopie und deren experimentelle Umsetzung.
Damit sind die Teilnehmenden dann bereit, den Laseraufbau zu justieren, ein Spektrum selbst zu messen und die aufgenommenen Daten mit Python digital auszuwerten.

Besondere mathematischen Kenntnisse oder Programmiererfahrung sind für den Kurs nicht erforderlich. Begeisterung für mathematisch-theoretische Themen ist jedoch vorteilhaft. Aufgrund von DGUV-Richtlinien zur Arbeit mit einem Laser der Klasse 3B können am experimentellen Teil dieses Kurses nur Personen teilnehmen, die zum Zeitpunkt der Akademie mindestens 16 Jahre alt sind.