6. Das Photon Welle und Teilchen Huygens: (19. Jahrh.) Licht ist eine Welle Newton: (18. Jahrh.) Licht sind kleine Teilchen

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  • Folie 1
  • 6. Das Photon Welle und Teilchen Huygens: (19. Jahrh.) Licht ist eine Welle Newton: (18. Jahrh.) Licht sind kleine Teilchen
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  • Teilchenbild erklrt: Photoelektrischen Effekt E = h Hohlraumstrahlung (diskrete Strahler) Comptoneffekt E = h, p=h /c Schatten! Das Photon: Teilchen/Welle Wellenbild erklrt: Interferenz Beugung Young Doppelspalt
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  • Thomas Young Doppelspalt (1801) Was beobachtet man?
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  • Helligkeitschwankungen http://www.quantum-physics.polytechnique.fr/en/index.html Einzelphotonen- detektor Reduziere Intensitt auf einzelne Photonen/sec
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  • Verbindung Teilchen-Welle: Ebene Welle: Elektrische Feldstrke cos( /2 t) Intensitt E 2 Photonen: Photonendichte = Intensitt/ (c h ) Wahrscheinlichkeit fr ein Photon zu finden Quadrat der Amplitude
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  • Intensitt E 2 Wahrscheinlichkeitsverteilung der Photonen Fragen: Wenn nur 1 Teilchen unterwegs ist, was interferiert da? Zurckverfolgen der Photonen: durch welchen Schlitz? Wie kommen die Photonen in den Schatten? Impulserhaltung: wo kommt der Tranversalimpuls her?
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  • Doppelspalt: Was passiert, wenn man eine Seite zuhlt?
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  • Schliesse 1 Schlitz NACHDEM das Teilchen amittiert wurde:
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  • Delayed Choice: Interferenz z.B. Auslschung
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  • Delayed Choice: Schalte Spiegel aus NACHDEM der Puls durch den Teiler ist Keine Interferenz!
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  • Bahnen von Teilchen sind eine klassiche Vorstellung Klassisch: Impuls und Ort jederzeit genau bestimmt QM: Heisenbergsche Unschrferelation x p x
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  • Zeit Ort x Klassische Bahn eines Teilchen P x =mdx/dt Impuls p x Ort x Punkt im Phasenraum zu einem Zeitpunkt QM t als Parameter t1t1 t2t2 t3t3 Impuls p x Ort x x p x Impuls ist NICHT dx/dt Da wenn x scharf p unscharf Vorhersage unscharf Zeit Ort x
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen Thermische Emission e-e- e-e- e-e- Boltzmann Geschwindigkeitsverteilung Spezielle Beschichtung fr niedrige Austrittsarbeit hilft Standard Verfahren: Fernsehrhren Oszilloskoprhren E kin > eU work
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen Photoeffekt an Metalloberflchen e-e- e-e- e-e- h E max = h - eU work
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen Sekundrelektronenemission aus Festkrperoberflchen e-e- e-e- e-e- e-e-
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen Sekundrelektronenemission aus Festkrperoberflchen Anwendung in Photonen, Ionen und Elektronendetektoren
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen 7.2. Gre des Elektrons Klassische Elektronenradius: Kugelkondensator: Ruheenergie = Elektrostatische Energie r=2.8 10 -15 m Theoretische Gre, aber Comptonquerschnitt
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen 7.2. Gre des Elektrons Klassische Elektronenradius: Kugelkondensator: Ruheenergie = Elektrostatischer Energie r=2.8 10 -15 m Theoretische Gre, aber Comptonquerschnitt Elektron ist ein Punktteilchen! Elektron-Elektron Streuung
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen 7.2. Gre des Elektrons 7.3. Ladung des Elektrons Phys.Rev. 2, 109(1913)
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  • Prinzip des Millikan ltrpfchen Versuchs - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + - - n*e*E m*g
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  • Flssikeitsmantel zur Temperaturstabilisierung (Viskositt ist temperaturabhngig) Rntgenrhre zum Ionisieren lzerstuber Beleuchtung Messe: Steiggeschwindigkeit (Ladung, Radius, Viskositt) Fallgeschwindigkeit (Radius, Viskositt)
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  • Noch heute verwendete Methode Elementarladung: 1.6021773 10 -19 Coulomb Andere Methoden: z.B. Elektronen abzhlen Es gibt keine freien Teilchen mit nichtganzzahligen Vielfachen Quarks 1/3 2/3 Ladung
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  • http://www.ptb.de/de/org/2/24/242/r-pump-deu.htm Physikalisch Technische Bundesanstalt: Pumpe fr einzelne Elektronen gekhlt!
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  • 7. Das Elektron 7.1 Erzeugung von Elektronen 7.2. Gre des Elektrons 7.3. Ladung des Elektrons 7.4. Spezifische Ladung e/m Bestimmung Massenspektrometer Fallen (ber Frequenzmessung) e/m Geschwindigkeitsabhngig! Relativistische Massenzunahme schon vor der speziellen Relativittstheorie entdeckt m = m 0 / 1-v 2 /c 2 1keV v/c=0.063 4*10 -3 Masse 1MeV v/c=0.942 m=3m 0 1,7589 10 8 C/g
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  • Ruhemasse des Elektrons: 9,1091 10 -28 g
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  • 8 Teilchen als Wellen 1924: De Broglie Wellenlnge eines Teilchens: = h/p = h/ 2m 0 E kin Louis de Broglie had the boldness to maintain that not all the properties of matter can be explained by the theory that it consists of corpuscles ( C.W. Oseen bei der Wrdigung de Broglies zur Verleihung des Nobelpreises) Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132 : fr Photonen
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  • 8 Teilchen als Wellen 1924: De Broglie Wellenlnge eines Teilchens: = h/p = h/ 2m 0 E kin Beispiel 1: 100 g Ball, 100 km/h 2*10 -34 m vgl: Atom 10 -10 m, Kern 10 -15 m Beispiel 2: Elektron 100eV 1.2*10 -10 m
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  • Bragg Reflektion von Elektronen: Ganze Zahl d*sin( ) d Bragg Bedingung fr konstruktive Interferenz: 2d sin( ) = m * Gitterabstand Wellenlnge 8 Teilchen als Wellen 8.1. Davisson Germer Experiment (1927) Elektronen als Welle
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  • Nickel Oberflche Heizdraht (Elektronenquelle) Spannung -> Elektronenenergie Elektronennachweis 8 Teilchen als Wellen 8.1. Davisson Germer Experiment (1927) Elektronen als Welle
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  • Davisson Germer Experiment (1927) Bragg Reflektion von Elektronen:
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  • Davisson Germer Experiment (1927) Vakuumrhre Nickeloberflche muss gut sein Vakuum fr Elektronenausbreitung
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  • the results of the Davisson Germer experiment were discovered by accident. While working at Bell Labs during the mid 1920's C.J. Davisson and L.H. Germer were researching electron energies scattered from metal surfaces. Their discovery was found when they were shooting electrons at a piece of nickel in a vaccum. One day the nickel became oxidized after their vacuum had sprung a leak. They heated up the nickel in order to get rid of the oxidization. Now when they did the experiment, their diffraction pattern displayed maxima and minima at specific angles. Davisson and Germer realized that heating up the nickel caused it to crystallize and the regular spacing between the atoms of the crystal acted like a grate to cause the diffraction in the same way as Young's Double Slit Experiment. This experiment proved Louis de Broglie's theory that matter behaves like waves.Young's Double Slit Experiment http://www.upei.ca/~phys221/jdm/ http://www.acolyte.co.uk/origins/DandG.html