Compton-Streuung: Maximale Verschiebung bei Rückstreuung

1 · Vorhersagen

Ein Photon, das gerade nach hinten streut (180°), überträgt den größtmöglichen Impuls auf das Elektron, auf das es trifft. Ergibt dieser Rückstreufall die größtmögliche Compton-Wellenlängenverschiebung?

• Die maximale Verschiebung erfolgt in einem anderen Winkel.
• Die Verschiebung ist in allen Winkeln einschließlich 180° gleich.
• Ja – die 180°-Rückstreuung maximiert (1 − cos θ) und ergibt die größtmögliche Wellenlängenverschiebung für jeden Winkel.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie das Compton-180-Preset und drücken Sie Zurücksetzen. Die einfallende Röntgenwellenlänge beträgt 0.05 nm; der Streuwinkel ist auf 180° festgelegt.
2. Aktivieren Sie die Anzeige der Wellenlängenverschiebung.
3. Stellen Sie den Streuwinkel für jeden Versuch ein (nahezu 180°) und zeichnen Sie die Wellenlängenverschiebung auf.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie Δλ (y-Achse) gegen den Streuwinkel θ (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Sieht es so aus, als ob er sich in der Nähe von 180° einpendelt?

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Vergleichen Sie mit der Tabelle. Bestätigen Sie, dass θ = 180° Δλ = 2h/(m_ec) ergibt, den maximal möglichen Wert.
2. Erklären Sie mit (1 − cos θ), warum 180° die maximale Verschiebung ergibt: cos(180°) = −1, sodass (1 − cos θ) bei diesem Winkel seinen größtmöglichen Wert 2 erreicht.

5 · Vertiefen

1. Bei 180° kehrt das Photon seine Richtung vollständig um und überträgt den maximal möglichen Impuls auf das Elektron (Impulserhaltung). Erklären Sie, warum die maximale Impulsübertragung dem maximalen Energieverlust (und damit der maximalen Wellenlängenzunahme) des Photons entspricht.
2. Was wäre Δλ bei θ = 0° (überhaupt keine Streuung)? Macht das physikalisch Sinn für ein Photon, das nicht interagiert?

Die Physik hinter diesem Experiment

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