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9. Photonen und Quantenelektrodynamik

Energie, Impuls und Schwelle #

Für Vakuumphotonen gilt

E=hν=ℏω=hc/λ,p=h/λ,ω=2πν.E=h\nu=\hbar\omega=hc/\lambda,\quad p=h/\lambda,\quad\omega=2\pi\nu.

ν zählt Zyklen pro Sekunde. Ein Photon mit 500 nm Vakuumwellenlänge besitzt ungefähr 2,47968 eV. Im einfachen Einphotonenmodell des Photoeffekts ist Kmax=hν−Φ. Bei einer beispielhaften Austrittsarbeit Φ=2,00 eV folgt Kmax≈0,47968 eV. Unterhalb der Schwelle erfolgt keine Emission durch diesen Prozess.

Größere Intensität erhöht im üblichen Bereich die Zahl emittierter Elektronen; deren maximale kinetische Energie hängt vor allem von der Frequenz ab. Vollständige Intensitätsunabhängigkeit wäre die falsche Aussage.

Streuung und Quantenfeld #

Compton-Streuung am freien anfangs ruhenden Elektron ergibt

Δλ=hmec(1−cos⁡θ).\Delta\lambda=\frac{h}{m_ec}(1-\cos\theta).

θ ist der Streuwinkel des Photons. Rückstreuung liefert 2h/(mec). Die Quantentheorie erklärt Interferenzamplituden und einzelne Detektionsereignisse gemeinsam. Ein Photon verwandelt sich nicht abwechselnd in eine klassische Welle. Seine Energie hängt von der Frequenz ab; es gibt keine universelle von null verschiedene Mindestphotonenenergie.

Quellen und weiterführende Literatur #

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