Masse & Impuls von Photonen - Der Compton-Effekt

Wenn Licht, wie man beim Photoeffekt gesehen hat, als Teilchen zu beschreiben ist, dann müßte es eigentlich noch mehr Teilcheneigenschaften haben. Welche typischen Teilcheneigenschaften hat denn z.B. ein Elektron oder eine Billiardkugel?

Ausdehnung, Masse

Erklärung

Zur Erklärung verwendet man das Teilchenmodell des Lichts. Neu ist, dass man einem Photon außer einer Energiemenge auch eine Masse zuweist, die mit der Wellenlänge zusammenhängt.

Außer an diesem Versuch kann man die Masse von Licht auch daran erkennen, daß es vom Gravitätionsfeld von Körpern abgelenkt wird. Bei Sonnenfinsternissen kann man deswegen am Rand der Sonne Sterne sehen, die eigentlich von der Sonne verdeckt wären. Bei der Beobachtung von Sternen und Galaxien hinter großen Masse kommt es zum Gravitationslinsen-Effekt.

Dadurch ist man in der seltsamen Lage elektromagnetischen Wellen, die aus E- und H-Feldern bestehen, eine Masse zuzuordnen. Grundlage dazu ist die berühmte Energie-Masse-Äquivalenz von Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie:

[math]E=m\,c^2=h\,f[/math]

Photonen haben also ausschließlich wegen ihres Energiegehalts eine Masse:

[math]m=\frac{h\,f}{c^2}=\frac{h\,f}{c\,\lambda\,f}=\frac{h}{c\,\lambda}[/math]

Weil sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten (zumindest im Vakuum) haben sie den Impuls:

[math]p=m\,v=\frac{h\,f}{c}=\frac{h}{\lambda}[/math]

[math]E=m\,c^2=h\,f[/math]  Energie und

[math]p=\frac{h}{\lambda}[/math]          Impuls eines Photons.

Das Photon stößt mit einem Graphitelektron zusammen. Bei dem elastischen Stoß bleibt die kinetische Energie erhalten, es gibt keine "Reibung". Außerdem nimmt man an, daß das Elektron vor dem Zusammenstoß ruht.

Der Stoß ist durch die Erhaltung von Energie und Impulös vollständig beschrieben.