Quantenphysik / Mikroobjekte - Josef Leisen - Studienseminar für ...

Zu Frage 3:
Was "sieht" das Elektron bzw. das Atom, wenn ein langwelliges Photon auf es zufliegt?
Das Atom hat eine mittlere Größe von etwa 10 -10 m und stellen wir uns vor, es könnte das
Licht als elektromagnetische Welle mit der Wellenlänge λ≈10 -7 m "sehen", so wie jemand,
der am Meeresufer steht und die Wellen über sich hinweglaufen sieht. Das Atom sieht nun
eine Welle mit einer Wellenlänge auf sich zukommen, die 1000 mal größer ist als es selbst.
(Denke du stehst im Meer und eine Welle mit der Wellenlänge ≈ 1000 m = 1 km geht über
dich hinweg.) Das Atom taucht ganz in die Wellenlänge ein. Jede Stelle im Atom, d. h. jedes
Elektron im Atom sieht fast dasselbe der Welle.
Welche Energieportion sehen Elektron und Atom auf sich zufliegen?
Rechnung: λ≈10 -7 m → E=h c/λ ≈ 2 10 18 J ≈ 10 eV.
Ein Elektron der K-Schale ist mit ungefähr 5 eV an das Atom gebunden. Also ist die Energieportion,
die auf das Elektron zufliegt, ungefähr so groß wie die Bindungsenergie. Das
Elektron sieht seine Bindung gefährdet, aber es braucht sonst nicht viel zu fürchten, denn es
selbst hat nach E=m c 2 die Ruheenergie von 511 keV ≈ 0,5 MeV.
Das Atom ist übermächtig und sieht ein Energie-Leichtgewicht auf sich zufliegen.
(Achtung: Niemand kann ein Photon im Fluge sehen, auch nicht die Elektronen oder Atome.
Nach der Relativitätstheorie verbietet sich die Frage. Das soll jetzt nicht kümmern.)
Zu Frage 4: Was "sieht" das Elektron bzw. das Atom, wenn ein kurzwelliges Photon
auf es zufliegt?
Wir vergleichen die Wellenlänge mit der Größe des Atoms.
54
λ = 10 -7 m
λ = 10 -12 m
d = 10 -10 m
d = 10 -10 m