Physik - Kaleidoskop

Photon 332
Photonen in Medien
In einem Material wechselwirken Photonen mit dem sie umgebenden Medium, woraus sich veränderte
Eigenschaften ergeben. Das Photon kann absorbiert werden, wobei seine Energie natürlich nicht verschwindet,
sondern in elementare Anregungen (Quasiteilchen) des Mediums wie Phononen oder Exzitonen übergeht. Möglich
ist auch, dass es sich durch ein Medium ausbreitet. Im Teilchenbild existiert kein gleichmäßiges Medium, sondern
eine Abfolge von Streuprozessen des Photons an den Atomen des Mediums. Diese Ausbreitung kann man durch die
Einführung eines Quasiteilchens, dem Polariton, beschreiben. Diese elementaren Anregungen in Materie haben
üblicherweise keine lineare Dispersionsrelation, und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit ist niedriger als die
Vakuumlichtgeschwindigkeit bis hin zu nur einigen Metern pro Sekunde für spezielle Materialien.
Wechselwirkung von Photonen mit Materie
Photonen, die auf Materie treffen, lösen bei bestimmten Energien unterschiedliche Prozesse aus. Im Folgenden sind
für verschiedene Prozesse die Energiebereiche angegeben, in denen sie relevant sind:
• unter 1 eV Anregung höherer energetischer Zustände von Elektronen, keine Ionisation
• 1 eV bis 100 keV Photoeffekt,
• 50 keV bis 1 MeV Compton-Effekt,
• 1,022 bis 6 MeV Paarbildung,
• 2,18 bis 16 MeV Kernphotoeffekt.
• höhere Energien: Photodesintegration
Diese Effekte tragen maßgeblich dazu bei, dass man diese Strahlung detektieren kann und sich bestimmte Stoffe mit
bestimmten Effekten anhand der Gammaspektroskopie nachweisen lassen.
Literatur
• Chandrasekhar Roychoudhuri, Rajarshi Roy: The nature of light: What is a photon? In: Optics and Photonics
News. 14, Nr. 10, 2003, ISSN 1047-6938 [4] , Supplement, S. 49–82.
• Harry Paul: Photonen: Eine Einführung in die Quantenoptik. 2. Auflage. Teubner, Stuttgart 1999, ISBN
3-519-13222-2. (Teubner-Studienbücher Physik)
• Klaus Hentschel: Einstein und die Lichtquantenhypothese. In: Naturwissenschaftliche Rundschau. 58(6), 2005,
ISSN 0028-1050 [4] , S. 311–319.
• Liang-Cheng Tu, Jun Luo, George T. Gillies: The mass of the photon. In: Reports on Progress in Physics. 68, Nr.
1, 2005, doi:10.1088/0034-4885/68/1/R02 [5] , S. 77–130.