Compton Wellenlängenänderung

Berechnen Sie hier die Compton Wellenlängenänderung. Geben Sie dazu unten die Compton Wellenlänge sowie den Streuwinkel an.

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Als Compton-Effekt wird die Vergrößerung der Wellenlänge eines Photons bei der Streuung an einem Teilchen bezeichnet. Der Compton-Effekt wurde erstmalig an Elektronen bemerkt. Diese Compton-Streuung, die nach Arthur Compton benannt wurde, ist ein entscheidender Prozess der Ionisation und der regierende Prozess der Wechselwirkung mit energiereicher Strahlung für die Materie der Photonenenergien . Bis der Compton-Effekt entdeckt wurde, war der Photoeffekt der einzige Beweis(von Albert Einstein 1905 erforscht), dass Licht sich nicht nur wie eine Welle, sondern auch wie ein Teilchenstrom verhält.

Arthur Compton untersuchte im Jahre 1922 die Streuung von hochenergetischen Röntgenstrahlen an Graphit und machte zwei wichtige Beobachtungen. Die eine war, das die Streuwinkelverteilung in Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung ungleich war und die zweite Beobachtung war, das die Wellenlänge der gestreuten Strahlung größer als die der Strahlung, die einfällt war. Beide Beobachtungen waren unvorstellbar mit den Fakten, das eine elektromagnetische Welle an freien Elektronen, Thomson-Streuung genannt, oder an Elektronen, die gebunden sind, als Rayleigh-Streuung bezeichnet, gestreut wird. Die Elektronen schwingen mit der Frequenz der einfallenden Welle und senden eine Welle mit unveränderter Frequenz aus.Comptons Messungen zeigten dafür, dass sich die Wellenlänge der gestreuten Strahlung je nachdem wie der Streuwinkel ist, wie bei einem Teilchenstoss, mit dem Photon und dem Elektron, verhält. Somit bewies Compton den Teilchencharakter von Licht oder den Wellencharakter der Elektronen. Behandelt man Elektronen als Materiewellen und Licht als elektromagnetische Welle, so erhält man den Compton-Effekt.

Energien von Elektronen und Photonen nach der Compton-Streuung eines Photons mit 51 keV beziehungsweise 5 MeV sind abhängig vom Streuwinkel. Rückstreuung des Photons mit maximalem Energieübertrag von 180 Grad. Beim Stoß an einen ruhenden und freien Elektron wird an diesen ein Teil der Energie des Photons übertragen Diese Energie verringert sich und ergibt einen elastischen Stoß. Ist die Ausgangsenergie sehr groß, kann die Energie komplett übertragen werden. Bei einem Zusammenstoß wo nur gestreift wird, gibt das Photon fast keine Energie ab und bei einem Frontalzusammenstoß wird das Photon zurückgeschickt und verliert alles an Energie. Der Winkel ändert sich um die Bewegungsrichtung des Photons.

Die Wellenlänge des Photons nimmt durch den Energieverlust zu. Diese Zunahme hängt einzig und alleine vom Winkel ab und nicht von der ursprünglichen Photonenenergie.

Die Compton-Wellenlänge ist für ein Teilchen mit Masse eine typische Größe, welche die Zunahme der Wellenlänge im rechten Winkel an dem gestreuten Photon annimmt.

Die Compton-Wellenlänge eines Teilchens der Masse ist m und h steht für das Plancksche Wirkungsquantum und c gibt die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit an.

Besonders in der Elementarteilchenphysik wird öfters auch die reduzierte Comptonwellenlänge mit dem verringerten Planckschen Wirkungsquantum verwendet. Sie wird als Comptonwellenlänge ohne Zusatz bezeichnet. Die Comptonwellenlänge wirkt als Parameter in der Klein-Gordon-Gleichung.
Compton-Wellenlängen besitzen Elektronen und Protonen sowie Neutronen und sind von der Geschwindigkeit unabhängig. Die sehr winzigen Wellenlängenänderungen sind der Anlass dafür, dass der Compton-Effekt nur bei einer Strahlung, die kurze Wellen hat vorkommt, beispielsweise in der Röntgen- und Gammastrahlung. Bei großer Wellenlänge ist die Zunahme sehr gering und die Streuung findet ohne Energie zu verlieren statt. Dies ist die Thomson-Streuung.