Bei der Compton-Streuung kann ein Photon nur einen Teil seiner Energie an ein Elektron abgeben.
Aber wenn es um die Photon-Elektronen-Wechselwirkung in einem Atom geht, geht es um alles oder nichts.
Warum der Unterschied?
Auch innerhalb der Compton-Streuung erhalten wir bei gegebener Anfangswellenlänge des Photons eine Beziehung zwischen dem Streuwinkel und der Wellenlänge des gestreuten Photons. Aber wir können den Streuwinkel nicht kennen, ohne die Wellenlänge des gestreuten Photons zu kennen. Es gibt also eine freie Variable. Was bestimmt die Wellenlänge des gestreuten Photons? Ist es eine Art Zufallsprozess?
Vielen Dank im Voraus.
Ein freies Elektron hat kein Potential, auf das es beschränkt ist, also kann es jede mögliche Energie haben . dh seine Energiezustände sind Kontinuum ähnlich wie ein freies Teilchen in der klassischen Mechanik. Streuung eines solchen Teilchens ist also möglich.
Andererseits ist das Elektron in einem Atom einem Coulomb-Potential ausgesetzt, und dieses Potential bestimmt die für das Elektron zugänglichen Energieniveaus. Es ist nicht mehr kontinuierlich. Das bedeutet, dass das Elektron nur schrittweise Energien aufnehmen oder abgeben kann. Es handelt sich also um ein Alles-oder-Nichts-Phänomen. Welche Energiezustände zugänglich sind, wird durch Lösen der Schrödinger-Gleichung diktiert. Daher kann kein Photon das Elektron herausreißen, sondern nur ein bestimmtes Proton (bei dem die Energie der Energiedifferenz der Zustände entspricht).
Für den zweiten Teil Ihrer Frage wird beim Compton-Effekt die Wellenlängenänderung durch den Streuwinkel bestimmt. Je größer der Winkel, desto größer die Veränderung. Und Sie können die Anfangswellenlänge in diesem Fall als freien Parameter behandeln.
Bei der Compton-Streuung ist die Energie des einfallenden Photons sehr viel größer als die „Bindungsenergie“ des Zielelektrons, sodass das Zielelektron als im Wesentlichen stationäres „freies“ Elektron betrachtet werden kann und sein Endzustand nicht an den Kern gebunden ist es war ursprünglich gebunden. Es gibt also kein genau definiertes Energieniveau, auf das es springen muss.
Ich gehe davon aus, dass Sie in dem "Alles-oder-Nichts" -Teil Ihrer Frage über die Beförderung eines Elektrons zwischen zwei genau definierten Energieniveaus schreiben, die ein Photon mit einer genau definierten Energie erfordert.
Beim Compton-Experiment wird der Detektor in einem bestimmten Winkel aufgestellt und die Intensität der detektierten Strahlung gegen die Wellenlänge der detektierten Strahlung aufgetragen.
Es werden zwei Spitzen gefunden. Einer von ihnen tritt bei einer Wellenlänge auf, die sehr nahe an der Wellenlänge des einfallenden Photons liegt, da die einfallenden Photonen mit fest gebundenen Elektronen der inneren Schale kollidieren, und der andere aufgrund von Compton-Streuung.
Die Wellenlänge des gestreuten Photons wird durch die Gesetze der Energie- und Impulserhaltung bestimmt.
Ameet Sharma
Ari