Quelle der Photonen: Maxwell?. 3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)...
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Quelle der Photonen: Maxwell?
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Quelle der Photonen:
Maxwell?
3: Kann man Atome sehen????3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)
4. Isotopie und Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms
6. Das Photon Welle und Teilchen6.1. Der photoelektrische Effekt6.2. Hohlraumstrahlung
Schwarzer Körper:
Absorbtionsvermögen 1
Prototyp: Kiste mit kleiner Öffnung
•Absorbtion & Emission im Gleichgewicht•Strahlung isotrop•Strahlung homogen
Sonst könnte man ein Perpetuum Mobile bauen
Daherspielt die Struktur der Wand keine Rolle!
Thermisch besetzter Oszillator1/2kT kinetisch 1/2kT potentiell
Harmonische Oszillatoren(schwingende Ladungen)
Thermisches GleichgewichtZwischen Absorbtion und Emission
-> Spektrale Energiedichte
Energie/Volumen = 8/c3 kT 2 d = 8 kT / 4 d
Thermisch besetzter Oszillator1/2kT kinetisch 1/2kT potentiell
Harmonische Oszillatoren(schwingende Ladungen)
Thermisches GleichgewichtZwischen Absorbtion und Emission
Rayleigh, Jeans Strahlungsgesetzt Ultraviolett Katastrophe
Rayleigh, Jeans Strahlungsgesetzt
Planck: fitted die Kurve Später Ableitung
Plancksches Strahlungsgesetz
Rayleigh, Jeans Strahlungsgesetzt
Planck: fitted die Kurve Später Ableitung
ehv verhindert dieUV Katastrophe
Plancksches StrahlungsgesetzRayleigh, Jeans Strahlungsgesetzt
Gesamtinensität T4
Stefan Boltzmann Gesetz
-> Abstrahlung Isolation!
Wiensches Verschiebungsgesetz:max*T=const
Thermisch besetzter Oszillator1/2kT kinetisch 1/2kT potentiell
Harmonische Oszillatoren(schwingende Ladungen)
Thermisches GleichgewichtZwischen Absorbtion und Emission
Plancks Annahme: harmonischer Oszillator kann nicht kontinuierlich absorbieren, sonder nur E= nh diskret
Fitkonstante h=Plancksches Wirkungsquantum=6.626 10-34Js
Ene
rgie
Klassisch: kontinuierlich
Planck:Diskret, Abstand h
14. Dezember 1900Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Berlin
"Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum„Von Max Planck
Die Geburtsstunde der Quantenmechanik
"Kurz zusammengefasst kann ich die ganze Tat als einen Akt der Verzweiflung bezeichnen. Denn von Natur bin ich friedlich und bedenklichen Abenteuern abgeneigt."
Planck:black body radiation:
quantized oscillators in the walls: Eresonator = nh
Einstein:radiation itself is quantized
Ephoton = h
“Summing up, we may say that there is hardly one among the great problems,
in which modern physics is so rich,
to which Einstein has not made an important contribution.
That he may have sometimes missed the target in his speculations,
as, for example, in his hypothesis of light quanta (photons),
cannot really be held too much against him, for it is not possible to introduce
fundamentally new ideas, even in the most exact science,
without occasionally taking a risk.”
Max Planck praising Einstein in 1914
3: Kann man Atome sehen????3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)
4. Isotopie und Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms
6. Das Photon Welle und Teilchen6.1. Der photoelektrische Effekt6.2. Hohlraumstrahlung6.3. Compton Effekt
http://www.nobel.se/physics/laureates/1927/index.html
Röntgenröhre
Graphit BlockHier findet dieCompton Streuungstatt
Blenden zur Richtungsbestimmung
EnergiemessungDurch Braggstreuung
Nachweis der Strahlung (Ja,Nein)
d*sin()
d
Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz: 2d sin() = m *
Ablenkwinkel
Ursprüngliche Energie
NiederenergetischereStrahlungwinkelabhängig
E=hp=h/c
-’= = h/m0c (1-cos()
“Comptonwellenlänge”
Impuls & Energieerhaltung
Elektron in Ruhe
E‘=h’
-’= = h/m0c (1-cos()
It was in 1924 that I came across the theoretical paper by Bohr, Kramers, and Slater, which had just been published and which suggested a possible interpretation of the wave-particle dualism in the accepted description of the properties of light. This must be understood to mean the experimental fact that light of all wavelengths behaves as a wave process (interference) with pure propagation, but behaves as particles (light quanta: photo-effect, Compton effect) on conversion into other types of energy. The new idea consisted in denying strict validity to the energy-impulse law. In the individual or elementary process, so long as only a single act of emission was involved, the laws of conservation were held to be statistically satisfied only, to become valid for a macroscopic totality of a very large number of elementary processes only, so that there was no conflict with the available empirical evidence. It was immediately obvious that this question would have to be decided experimentally, before definite progress could be made.
1924 Bohr/Kramers/Slater statistische Deutung der Erhaltungssätze
1924/1925 Experiment: Bothe, Geiger Koinzidenzexperiment
Geiger zähler
1924/1925 Experiment: Bothe, Geiger Koinzidenzexperiment
Geigerzähler
Electrometer
In this way we succeeded after a few failures to establish the accuracy of any temporal "coincidence" between the two pointer readings as being 10-4 sec. Film consumption however was so enormous that our laboratory with the film strips strung up for drying sometimes resembled an industrial laundry.
different slit width (Slit1)
E=hp=h/c
-’= = h/m0c (1-cos()
Elektron in Ruhe
E‘=h’
Die Impulsverteilungder Elektronen im Atom
heißt bis heute“Comptonprofil”
Eigenschaften des Photons
•Energie: E = h •Impuls p=h/c•Masse m=E/c2 = h /c2
•Ruhemasse m0=0•Drehimpuls sph=h
Comptonstreuung
Rotverschiebungwenn gegen Gravitation
Eigenschaften des Photons
•Energie: E = h •Impuls p=h/c•Masse m=E/c2 = h /c2
•Ruhemasse m0=0•Drehimpuls sph=h
zirkularpolarisiertes Licht
Photonendrehimpuls +- h
linear polarisiertes Licht
Drehimpuls gleichwahrscheinlichin oder gegen Ausbreitungsrichtung
Teilchenbild erklärt:
•Photoelektrischen Effekt•Hohlraumstrahlung•Comptoneffekt
Was ist mit Beugung und Doppelspaltinterferenz?Erwartung für Teilchen:
Schatten!
Thomas YoungDoppelspalt (1801)
Was beobachtet man?
Helligkeitschwankungen
http://www.quantum-physics.polytechnique.fr/en/index.html
Einzelphotonen-detektor
Reduziere Intensitätauf einzelne Photonen/sec
Verbindung Teilchen-Welle:
Ebene Welle: Elektrische Feldstärke cos(/2 t) Intensität E2
Photonen: Photonendichte = Intensität/ (c h )
Wahrscheinlichkeit für ein Photon zu finden
Quadrat der Amplitude
Intensität E2
Wahrscheinlichkeitsverteilung der Photonen
Fragen:•Wenn nur 1 Teilchen unterwegs ist, was interferiert da?•Zurückverfolgen der Photonen: durch welchen Schlitz?•Wie kommen die Photonen in den Schatten?•Impulserhaltung: wo kommt der Tranversalimpuls her?
Wenn man ein Photon in der Mitte registriertWo kam der Impuls her?
Kann man dann den Impuls des Spaltes messen um den Weg des Photons zu erschließens?
Lange Debatte zwischen Bohr und Einstein Montagsübung Sascha Vogel
Bahnen von Teilchen sind eine klassiche Vorstellung
Klassisch: Impuls und Ort jederzeit genau bestimmt
QM: Heisenbergsche Unschärferelation x px ħ
Zeit
Ort
xKlassische Bahn eines Teilchen
Px=mdx/dt
Impuls px
Ort
x
Punkt im Phasenraum
zu einem Zeitpunkt
QM
t als Parameter
t1
t2 t3
Impuls px
Ort
x
x px ħ
Impuls ist NICHT dx/dtDa wenn x scharf p unscharf
Vorhersage unscharf
Zeit
Ort
x
