Compton-Streuung
Physik
Basiswissen
Richtungsänderung von Photonen durch Elektronen: wenn ein Photon nahe genug an einem Elektron vorbeifliegt, dann kann man oft beobachten, dass es seine Flugrichtung ändert. Dabei wird seine Wellenlänge größer. Diesen Umstand nennt man den Compton-Effekt.
Kernaussagen zur Compton-Streuung
- Die Wellenlänge der Photonen wird immer größer.
- Es gilt der klassische Impulserhaltungssatz für Teilchen.
- Es gilt der klassische Energieerhaltungssatz für Teilchen.
- Das beteiligte Elektron nimmt immer Energie und Impuls auf.
- Der Effekt tritt vor allem gut sichtbar bei freien Elektronen auf.
- Er macht sich vor allem bei energiereicher Strahlung (Röntgen, Gamma) bemerkbar.
- Der Compton-Effekt kann zur Ionisation von Teilchen führen.
Das Wesentlich in den Worten von Compton selbst
In wissenschaftliche Veröffentlichungen wird deren Kernaussage oft am Anfang im sogenannten Abstract zusammengefasst. In einem solchen Abstract aus einer Veröffentlichung des Jahres 1923 schreibt Compton sinngemäß übersetzt:
MERKSATZ:
"Vorgestellt wird die Hypothese, dass bei der Streuung eines Röntgen-Quants dieses seine gesamte Energie und seinen gesamten Impuls auf ein Elektron überträgt. Dieses Elektron wiederum streut das Quant in eine bestimmte Richtung. Die Änderung des Impulses des Röntgen-Quants aufgrund einer Änderung seiner Bewegungsrichtung bewirkt einen Rückstoß am streuenden Elektron. Die Energie des gestreuen Quants ist damit geringer als die Energie des ursprünglichen Quants, und zwar um den Betrag der kinetischen Energie des Rückstoßes des streuenden Elektrons."[1]
"Vorgestellt wird die Hypothese, dass bei der Streuung eines Röntgen-Quants dieses seine gesamte Energie und seinen gesamten Impuls auf ein Elektron überträgt. Dieses Elektron wiederum streut das Quant in eine bestimmte Richtung. Die Änderung des Impulses des Röntgen-Quants aufgrund einer Änderung seiner Bewegungsrichtung bewirkt einen Rückstoß am streuenden Elektron. Die Energie des gestreuen Quants ist damit geringer als die Energie des ursprünglichen Quants, und zwar um den Betrag der kinetischen Energie des Rückstoßes des streuenden Elektrons."[1]
Der Compton-Effekt ist nicht alleine durch die Wellennatur elektromagnetischer Strahlung erklärbar. Er wird erst fassbar, wenn man sich die Strahlung aus Teilchen, eben den Photonen gebildet, vorstellt. Siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus ↗
Fußnoten
- [1] Comptons original-Veröffentlichung aus dem Jahr 1923 beginnt mit dem Gedanken: "The hypothesis is suggested that when an X-ray quantum is scattered it spends all of its energy and momentum upon some particular electron. This electron in turn scatters the ray in some definite direction. The change in momentum of the X-ray quantum due to the change in its direction of propagation results in a recoil of the scattering electron. The energy in the scattered quantum is thus less than the energy in the primary quantum by the kinetic energy of recoil of the scattering electron." In: Arthur H. Compton: A Quantum Theory of the Scattering of X-Rays by Light Elements. In: The Physical Review. Vol. 21, No. 5. May, 1923. Online: https://history.aip.org/exhibits/gap/PDF/compton.pdf
- [2] Die Rolle der Compton-Streuung für die Messung des Ortes eines Elektrons und die Bedeutung für die Quantenphysik behandelte Werner Heisenberg in: Werner Heisenberg: Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. In: Zeitschrift für Physik. 1927. Dort auf Seite . Online: https://people.isy.liu.se/jalar/kurser/QF/references/Heisenberg1927.pdf
