|
Elektromagnetische
WW -
leptonische elektromagnetische Prozesse
|
Im folgenden betrachten
wir eine Reihe von elektromagnetischen Prozessen, die nur zwischen
Leptonen
stattfinden. Die bei diesen Prozessen als Austauschteilchen beteiligten Photonen können als
virtuelle
Photonen auftreten, sie erscheinen dann nicht in der
|
zugehörigen Reaktionsgleichung.
Reelle Photonen hingegen sind in den Reaktionsgleichungen enthalten. Die Darstellung der Prozesse erfolgt mit Feynman-Diagrammen, wobei die Zeitachse
von
links nach rechts (
à
)
verläuft.
|
|
Wer mit dieser Form der Darstellung noch nicht vertraut ist, sollte sich zuerst
die ersten Seiten des Kapitels über Feynman-Diagramme durchlesen
 .
|
Wir beschränken uns bei jedem Beispiel auf ein Feynman-Diagramm zweiter
Ordnung (d.h. Diagramm mit zwei Wechselwirkungspunkten, sog. Vertices).
|
|
M
Æ
ller-Streuung
(Elektron-Elektron-Streuung)
e
-
+ e
-
à
e
-
+ e
-
In der klassischen Elektrodynamik nennt man die Streuung zweier elektrisch geladener Teilchen Coulomb-Streuung. Dabei sind die Wirkungsquerschnitte für Elektron-Elektron-
und Elektron-
|
Positron-Streuung gleich
.
In der QED sind die Wirkungsquerschnitte unterschiedlich und die Prozesse werden deutlich unterschieden.
Bei Elektron-Elektron- Streuung spricht man von
M
Æ
ller-Streuung
|
 |
Bhabha-Streuung
(Elektron-Positron-Streuung)
e
-
+
e
+
à
e
-
+ e
+
Die
Wirkungsquerschnitte von
e
-
+ e
-
und
e
-
+ e
+
sind in
der
QED verschieden! Die Streuung von Elektron und Positron wird daher
in der QED einzeln, getrennt von Elektron- Elektron-Streuung betrachtet, man nennt sie
Bhabha-Streuung
,
nach dem Physiker Bhabha (siehe Abb.).
|
 |
 |
Compton-Streuung
(Elektron-Photon-Streuung)
e
-
+
g
à
e
-
+
g
Unter dem "Compton-Effekt" versteht man die Streuung von Photonen (z.B. Röntgenquanten)
an (quasi-) freien Elektronen. Im Originalexperiment von
Arthur
Holly Compton
(Nobelpreis 1927) wurde kurzwelliges Röntgenlicht auf die schwach gebundenen (quasifreien) Außenelektronen von Graphit "geschossen". Energie- und Impulsübertrag bzw. die damit verbundenen Streurichtungen von Elektron und Photon lassen sich dabei wie bei einem
klassischen Teilchenstoß
|
 |
 |
|
beschreiben. Das nach dem Stoß vorhandene Photon besitzt eine größere
Wellenlänge (
l
'
>
l
), d.h. eine kleinere Quantenenergie als vorher. Untenstehende Abbildung zeigt den Prozess symbolisch vor und nach der Streuung. Rechts ist das entsprechende
Feynman-Diagramm abgebildet.
|
|
Die Wellenlängendifferenz
(
Dl
=
l
'
-
l
)
ist
unabhängig
von der ursprünglichen
Wellenlänge
l
.
Der Compton-Effekt bestätigte Einsteins Lichtquanten- hypothese, die bis dahin sehr umstritten
war.
|
In der
QED
bezeichnet man Streuprozesse zwischen (auch
hochenergetischen!
)
Elektronen und Photonen als
Compton-Streuung
.
Die Compton-Streuung ist spinabhängig.
|
|
 Mit folgendem Applet lässt sich der Compton-Effekt mit unterschiedlichen Wellenlängen simulieren. Drückt man den "Start"-Button, so erreicht eine elektromagnetische Welle das Elektron von links. Man kann die Wellenlänge auswählen. Liegt sie im sichtbaren Bereich, so kann sie stufenlos verändert werden. Die eingezeichnete Streurichtung des Elektrons ist willkürlich gewählt und hat nur symbolische Bedeutung. Mit einem verschiebbaren Detektor kann
man die Wellenlänge der gestreuten Welle unter einem beliebig einstellbaren
|
Streuwinkel messen.
Man beachte, dass zu
jedem
Streuwinkel ein Elektron gehört, dass unter einem
zugehörigen Winkel gestreut wurde und nicht etwa das eingezeichnete Elektron. Die detektierte Wellenlänge wird in einem Koordinatensystem (rechts) über dem Streuwinkel angetragen. Gleichzeitig wird in dieser Auswertung die ursprüngliche Wellenlänge angezeigt. Man vergleiche die relative Wellenlängenverschiebungen der drei wählbaren Strahlungsarten. Unter dem Applet findet man zwei Fragen, die mit dessen beantwortet werden können.
|
|
|
|
Beispiel:
Am HERA-Speicherring
bei DESY treffen Photonen eines Argon-Lasers
(
l
= 514 nm, E
= 2,4 eV) frontal auf Elektronen (E = 26,67 GeV).
|
Man benutzt dabei die
Spinabhängigkeit der Compton-Streuung zur Messung der Spin
polarisation
der Elektronen.
(siehe
![zum Literaturverzeichnis; [POV 1994, S. 315]](../button_gifs/booksm.gif)
)
|
|
(siehe
auch
)
|
