Photonen und Impuls

[SCR]

Hallo JoAx,

Zitat von JoAx

und was ist mit der Teilweisereflexion?

Dann wird ein im Vergleich zum Immitierten rotverschobenes Photon emmitiert.
Dann wurde Energie an das Elektron bzw. Atom abgegeben.
Dann kann diese in Bewegungsenergie des Atoms umgewandelt worden sein.

Das würde wohl zu keiner Impulsveränderung des Atoms führen, oder?

Ehrlich gesagt: So ganz ausschließen kann ich das nicht - Ich weiß nur welchen Impuls ein an ein Atom gebundenes Elektron hat .

Ich würde sagen - die Natur hat Recht.

Volle Zustimmung - Auch wenn das manchmal nicht so recht befriedigend ist.

Gibt es eine Impulsänderung in der Natur?

Mit jedem Kraftstoß?

P.S.

[EMI]

Hallo,

Nach der Streuung hat sich die Wellenlänge des Photons(Compton-Effekt) um

Δλ = h/mc(1-cosΦ)

vergrößert, rotverschoben.
Die Wellenlängenänderung des Photons hängt nur vom Streuwinkel Φ und nicht etwa von seiner ursprünglichen Wellenlänge λc ab.

Ist die Streuung 0° folgt, das das Photon λc nach der Streuung als gestreutes Photon λs mit der gleichen Wellenlänge(λc=λs) in Bewegungsrichtung wieder erscheint.
Es hat keine WW(oder nur eine während der Unschärfe) stattgefunden.

Bei einer Streuung von 90° ist die Wellenlängeänderung Δλ genau so groß wie die Wellenlänge des Photons λc vor der Streuung:

Δλ = λc

Bei einem Streuwinkel von 180° (Rückstoß) wird die Wellenlänge des Photons höchstens um:

Δλ = 2λc

vergrößert und nie vollständig absorbiert. Das ist recht erstaunlich wie ich finde.

Δλ = λs -λc, bei 90° folgt:

λc = λs -λc
λs = 2λc
fs = fc/2

Bei 90° Streuung, gibt das Photon immer nur die Hälfte seiner ursprünglichen Energie an den Streupartner(Elektron/Atom) ab.

Δλ = λs -λc, bei 180°(Rückstoß) folgt:

2λc = λs -λc
λs = 3λc
fs = fc/3

Bei 180° Streuung, gibt das Photon immer nur 2/3 seiner ursprünglichen Energie an den Streupartner(Elektron/Atom) ab.

Gruß EMI

[SCR]

Hallo EMI,

ich verstehe jetzt nicht ganz den Fokus auf den Compton-Effekt:
Mit hochenergetischen Photonen beschleunigen wir freie e- bzw. schießen gebundene e- aus der Atomhülle heraus.
Dabei wird Energie verbraucht - Ja. Die Wellenlänge des Photons ändert sich je nach Streuwinkel gemäß Deinen Ausführungen - Ja.
Bei Frequenzen im Bereich des sichtbaren Lichts (bzw. unterhalb) liegt der Compton-Effekt aber meines Wissens unterhalb der Nachweisgrenze.

Meine Frage: Betrachten wir hier nur (noch?) mittel-/hochenergetische Photonen?

Grundsätzlich müssten wir meines Erachtens - wenn schon, denn schon - folgende WW zwischen Photonen und Elektronen differenziert analysieren:
a) Paarbildung
b) Compton-Streuung
c) Photoeffekt (Inkohärente Streuung)
[d) Kohärente Streuung]

(Anmerkung: a) und c) führen zu einer vollständigen Absorption des Photons.)

Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten der benannten WW ist jeweils
(von oben nach unten direkt) abhängig
a) von der Energie des / der Photonen
b) von der Ordnungszahl des Atoms

Oder habe ich die Intention nicht richtig verstanden?

Gruß
SCR

[EMI]

Zitat von SCR

ich verstehe jetzt nicht ganz den Fokus auf den Compton-Effekt...
Bei Frequenzen im Bereich des sichtbaren Lichts (bzw. unterhalb) liegt der Compton-Effekt aber meines Wissens unterhalb der Nachweisgrenze.

Hallo SCR,

die Compton-Streuung ist der dominierende Wechselwirkungsprozess von Photonen mit Materie.
Das die Wellenlängenänderung bei energiearmen Photonen(unter 0,1MeV) unter der Nachweisgrenze liegt sagt nicht aus, das es den Compton-Effekt da nicht mehr gibt.

Auch der Photoeffekt ist eine Compton-Streuung, hier wird halt das gestreute Elektron frei.

Die Paarbildung ist aus meiner Sicht noch nicht verstanden und hat eher nichts mit der Compton-Streuung zu tun.
Ich verstehe diesen Prozess als WW zwischen Photonen(mit ausreichender Energie) und der Farbladung der Baryonen.

Gruß EMI

[SCR]

Hallo EMI,

ich bin anscheinend heute etwas schwer von Begriff - Erlaube mir deshalb zwei Rückfragen zu meinem Verständnis:

Zitat von EMI

die Compton-Streuung ist der dominierende Wechselwirkungsprozess von Photonen mit Materie.

Du meinst: Photonen im Energiebereich von etwa 0,2 bis 5 MeV (?)
[Anmerkung: wikipedia bzw. andere Quellen nennen abweichende Werte - Auch die Ordnungszahl des Atoms ist eben von Bedeutung]

Auch der Photoeffekt ist eine Compton-Streuung, hier wird halt das gestreute Elektron frei.

Du meinst: Bei beiden wird ein e- frei, beim Photoeffekt wird im Gegensatz zur Compton-Streuung jedoch das Photon absorbiert (?)

Danke!

Gruß
SCR

[SCR]

Je länger ich darüber nachdenke (Danke an EMI der das insbesondere "provoziert" hat ):
Ich bezweifle immer mehr dass bei der Reflexion eines Photons das betreffende Atom
a) einmal einen Impuls beim Immitieren und
b) dann noch einmal beim Emmitieren
erfährt.

Warum?
1. Der Photoeffekt: Das "weggeschossene" e- nimmt den Photonen-Impuls vollständig auf. -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
2. Die von EMI ins Spiel gebrachte Compton-Streuung: Das "weggeschossene" e- nimmt den Photonen-Impuls teilweise auf - Den anderen Teil "behält" das Photon. -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
3. Bei der Thomson-Streuung wird ein Photon gleicher Frequenz (= gleicher Energie) emmitiert.
Für das immitierte Photon: E1 = p1c
Für das emmitierte Photon: E2 = p2c
E1 = E2
p1c = p2c
p1 = p2 -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
4. ...

Aber das widerspricht - zumindest für Photonen - der doch meines Wissens gängigen Lehrmeinung die da lautet

Zitat von wikipedia

Bei totaler Reflexion ist der Strahlungsdruck doppelt so groß.

[Anmerkung: Totale Reflektion soll hier wohl bedeuten "keine Änderung der Wellenlänge des Photons" = Thomson-Streuung]
Zu finden hier oder hier oder ...

Also Frage: Wo liegt mein Denkfehler?

EDIT: O.K., in der "Realität" wird ja wohl ein Atomgitter vorliegen. "Freigeschossene" e- könnten mit diesem Gitter interagieren und ihren erhaltenen Impuls an dieses wieder abgeben. Trotzdem wäre das dann im Falle des Photoeffekts max. der "einfache Impuls", im Falle der Compton-Streuung max "2/3 des einfachen Impulses" - Und beides stellt ja gerade nicht eine "totale Reflektion" dar.

[JoAx]

Hallo SCR,

vielleich das: bei einer Reflexion wird das Elektron nicht aus dem Atom weggeschossen. Was soll dann den Impuls des Photons aufnehmen?

Und zur Compton-Streuung. Ich konnte noch nirgends die Frage klären:

"Wird bei der Compton-Streuung das Photon komplett absorbiert und praktisch instant ein neues emmitiert, oder nicht?"


Gruss, Johann

[SCR]

Hallo JoAx,

Zitat von JoAx

bei einer Reflexion wird das Elektron nicht aus dem Atom weggeschossen. Was soll dann den Impuls des Photons aufnehmen?

Auch hier das Elektron: Es hatte vorher einen zufallsabhängigen Impuls, es hat ihn während der "Immissions-/Emmissions-Phase" (es wird hierbei aber meiner Meinung nach der Impuls des immitierten Photons auf das e- übertragen!) und hat ihn auch wieder hinterher ...

Und zur Compton-Streuung. Ich konnte noch nirgends die Frage klären: "Wird bei der Compton-Streuung das Photon komplett absorbiert und praktisch instant ein neues emmitiert, oder nicht?"

Ich weiß nicht ob das Photon dabei "nur abprallt" oder absorbiert und ein neues erzeugt wird - Was erwartest Du Dir von dieser Information?

(Sorry, muß für heute Schluß machen - Bis morgen!)

[EMI]

Zitat von JoAx

"Wird bei der Compton-Streuung das Photon komplett absorbiert und praktisch instant ein neues emmitiert, oder nicht?"

Gute Frage JoAx.
Ich denke nicht, dass wir da hinter steigen können. Heissenberg hat ja die Grenzen dazu aufgezeigt.

@SCR, die Thomson-Streuung ist eine Compton-Streuung mit einer Wellenlängenänderung unter der Nachweisgrenze bei energiearmen Photonen.
Quasi der Übergang zur klassischen Physik so wie bei v << c die SRT in Newton übergeht.
Bei uns gewohnten Geschwindigkeiten verschwinden die SRT-Effekte auch unter die Messgrenzen wobei wir natürlich wissen das diese noch da sind.

Gruß EMI

[EMI]

Zitat von SCR

Da ist es wieder, das negative Vorzeichen.

So wie ich JoAx kennen und schätzen gelernt habe denkt er darüber schon längst intensiv nach.

Gruß EMI