Experimentalphysik III (Atomphysik)

82 Kapitel 4. Licht als Quantenerscheinung
d.h. die Quantenenergie einer Strahlung mit Compton–Wellenlänge λc ist gleich der Ruheenergie
des Elektrons.
Die unverschobene Linie ergibt sich durch Streuung an inneren Elektronen, die fest gebunden
sind: Rückstoß auf das ganze Atom.
– ∆λ materialunabhängig
– ∆λ unabhängig von λ: Im sichtbaren Bereich ist ∆λ
λ =2· λc λ ≈ 10−5 nicht meßbar.
Beim Compton–Effekt erfahren Elektronen einen Rückstoß. Es gilt:
Ekin = m0c 2
�
�
1
� − 1
1 − β2 = hν − hν ′
Daraus ergibt sich dann:
ε 2ε sin2 2
Ekin = h · ∆ν =
1+2γsin mit der reduzierten γ–Energie ε.
2 ϑ
2
hν =
2ε cos2 ψ
(1+ ε2 ) − ε2 cos2 hν
hν ε =
ψ m0c2 = λc λ ,
Das Planksche Wirkungsquantum h tritt stets in Verbindung mit anderen Naturkonstanten auf.
Daraus ergeben sich verschiedene Methoden der h–Bestimmung:
1. Strahlungsformel h/k
2. Photoeffekt, Röntgenbremsstrahlung h/e
3. Compton–Effekt h/m 0 c
4. Rydberg–Konstante me 4 /8ε 2 0 h3 c
5. Elektronenbeugung h/ √ e · m
Die letzten beiden Möglichkeiten werden später noch behandelt.
∗ 4.5 Dualismus Welle — Teilchen
Fazit: Licht verhält sich als Welle oder als Lichtquant. Je nach Experiment zeigt es die verschiedenen
Eingeschaften: Dualismus von Welle und Teilchen.
Aber:
Für große λ (kleine ν) ist das Wellenbild adäquater,
jedoch für kleine λ (große ν) ist das Quantenbild adäquater.
Wie bringt man beide Bilder zusammen? Die Wechselwirkung von Lichtquanten in einem elektro–
magnetischen Strahlungsfeld mit Materie geschieht statistisch“, man spricht von Quantenfluk-
”
tuationen. Wie zum Beispiel beim