Compton-Streuung

PhysikMessen und MessunsicherheitCommunity

Ein Röntgenphoton trifft auf ein ruhendes freies Elektron. Das Photon wird um den Winkel θ gestreut und das Elektron erhält einen Rückstoß. Die Schülerinnen und Schüler verändern den Winkel und die einfallende Wellenlänge und beobachten die Wellenlängenverschiebung Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ) sowie die auf das Elektron übertragene Energie.

Lektion: Stößt ein Röntgenphoton mit einem freien Elektron zusammen, verhält es sich wie ein Teilchen mit der Energie E = hc/λ und dem Impuls p = h/λ. Aus der Energie- und Impulserhaltung folgt, dass das gestreute Photon eine größere Wellenlänge hat: Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Dabei ist h/mₑc = 2.43 pm die Compton-Wellenlänge des Elektrons. Die Verschiebung beträgt 0 bei θ = 0°, 2.43 pm bei 90° und 4.86 pm bei 180°. Sie hängt nicht von der einfallenden Wellenlänge ab und ist daher nur bei kurzen Wellenlängen wie Röntgen- und Gammastrahlung bemerkbar. Die Energie, die das Photon verliert, wird zur kinetischen Energie des Elektrons. Comptons Experiment von 1923 war ein starker Beleg dafür, dass Licht Impuls in Paketen trägt, wie es das Teilchenbild vorhersagt.

Von einer Lehrkraft mit der KI von Simulic erstellt und vom Simulic-Team geprüft.