Compton-Wellenlänge

Die Compton-Wellenlänge ist eine für jedes Teilchen mit Masse charakteristische Größe. Sie kann als Größenordnung für die lineare Ausdehnung der Elementarteilchen angesehen werden.

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Man betrachtet beim Compton-Effekt elektromagnetische Strahlung, die auf frei bewegliche Teilchen fallen, z.B. Elektronen in der Atomhülle, die mit Röntgenstrahlung wechselwirken. Die elektromagnetische Strahlung wird als Photonenstrom betrachtet, wobei immer ein Photon mit einem Teilchen wechselwirkt. Trifft ein Photon auf ein Teilchen, so überträgt es einen Teil seiner Energie auf das Teilchen, das seinerseits seitlich abgelenkt wird. Das Photon bewegt sich mit einer geringeren Energie weiter. Da die Energie eines Photons umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge ist, vergrößert sich damit die Wellenlänge des durch das Teilchen abgelenkten Photons. Diese Wellenlängen-Vergrößerung (bei einer Ablenkung von 90°) wird nach dem US-amerikanischen Nobelpreisträger Arthur Compton als Compton-Wellenlänge λ_C bezeichnet.

Ein Teilchen der Ruhemasse m₀ hat eine Compton-Wellenlänge von

λ_C = h / (c · m₀)

wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist.

Die Formel zeigt, dass die Compton-Wellenlänge sich umgekehrt proportional zur Masse des Teilchens verhält. Je größer die Masse, desto kleiner die Compton-Wellenlänge und umgekehrt.

Die Compton-Wellenlänge wird insbesondere bei der Berechnung des Compton-Effekts eingesetzt. Der experimentelle Nachweis des Streuvorgangs gelang erstmals Walther Bothe und Hans Geiger im Jahr 1926.

Compton-Wellenlängen von Elektron, Proton und Neutron

(nach CODATA 2006^[1])

• Elektron^[2]:λ_C,e = 2,426 310 217 5 (33) × 10^-12 m
• Proton^[3]: λ_C,p = 1,321 409 844 6 (19) × 10^-15 m
• Neutron^[4]: λ_C,n = 1,319 590 895 1 (20) × 10^-15 m

Quellenangaben

1. ↑ CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants 2006
2. ↑ http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?ecomwl
3. ↑ http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?pcomwl
4. ↑ http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?ncomwl