Photon elastische Streuung - Einfluss auf die Wellenlänge?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

ich habe gerade den englischen Artikel zur elastischen Streuung gelesen und habe Probleme im Verständnis von einer Aussage:

Zitat:
In Rayleigh scattering a photon penetrates into a medium composed of particles whose sizes are much smaller than the wavelength of the incident photon. In this scattering process, the energy (and therefore the wavelength) of the incident photon is conserved and only its direction is changed. In this case, the scattering intensity is inversely proportional to the fourth power of the reciprocal wavelength of the incident photon.

Das würde bedeuten dass das Photon keine Änderung in der Energie erfährt?
Also ich hatte die elastische Streuung bisher immer so verstanden dass es analog einem Billardspiel zu einer Wechselwirkung, kommt beide Stoßpartner physikalisch aufgrund zu geringer Energien nicht verändert werden aber dabei Energie / Impuls ausgetauscht wird?
Wenn wir jetzt mal Licht durch ein transparentes Prisma schicken erfahren die Photonen aufgrund der Wellenlänge eine unterschiedliche Ablenkung. Diese Richtungsänderung wird ja sicher einen (sehr winzigen) Druck auf das Prisma ausüben, der sicherlich extrem gering ist aber irgendwo muss der Gegenpart der Auslenkung ja herkommen? . Oder nehmen wir ein noch besseres Beispiel ich habe einen Spiegel im Weltall der mit Photonen bestrahlt wird. Dieser erfährt dann durch den Lichtdruck ja eine Beschleunigung. Die Photonen wechselwirken elastisch mit dem Spiegel und üben auf den Spiegel eine Kraft aus. Es kann doch nicht sein dass das zurückreflektierte Photon dann keine rotverschiebung der Frequenz erfährt oder? Ein winziger Teil der Energie des Photons hat den Spiegel ja angeschubst? Und selbst wenn die Wechselwirkung keine Beschleunigung verursacht zumindest in Wärme wird der Stoß ja sicher zu einem winzigen Teil umgewandel?

Zur mit leid für die eventuell dämliche Frage aber ich stehe wirklich auf dem Schlauch… Bei einem Elsastischen Stoß dachte ich bisher eben wie beim Billardspiel dass es zu einer Ablenkung und eben Energieaustausch kommen kann (einer wird schneller der andere langsamer / Energieärmer)

Liebe Grüsse smile

#2

Hi!
Wie beim klassischen elastischen Stoß gilt auch hier, dass die Gesamtenergie erhalten ist, was aber nicht zwangsläufig für die Einzelenergien gelten muss.

Bei Rayleigh-Streuung geht es um sichtbares Licht, das eine Energie von um die 2eV pro Photon hat. Verglichen mit der Ruheenergie von 512keV eines Photons ist das nix, das Photon prallt wie von einer Betonmauer ab, und fliegt mit gleicher Geschwindigkeit in eine andere Richtung davon…

Nimmst du Gamma-Strahlung mit um die 512keV pro Photon, dann ist das Photon etwa so „schwer“ wie das Elektron. Wie beim Billard kommt es zu nem deutlichen Energieübertrag auf das Elektron, und das Photon fliegt mit verminderter Geschw Energie, also höherer Wellenlänge davon. Je größer die Ablenkung, desto größer der Energieübertrag. Das nennt man Compton-Streuung.

Naja, wenn du einen LKW mit Tischtennisbällen bewirfst, dann ist der Energieübertrag kaum vorhanden, daher kommen die Bälle genauso schnell zurück, wie du so geworfen hast. Bei deinem Sonnensegel hast du abermilliarden Photonen, die jedes für sich kaum eine Änderung erfahren - in der Summe aber schon Energie an das Segel übertragen.
Und sofern der Spiegel sich bereits mit nennenswerter Geschwindigkeit bewegt, dann wirst du auch ne Rotverschiebung sehen - alleine wegen der Geschwindigkeit, ohne Energieübertrag. (Bei nem fahrenden LKW kommt der Ball langsamer zurück)

Hmnja… Wärme heißt, dass die Atome vibrieren. Wenn die Photonen gegen die Photonen deines Spiegels schnippen, dann übertragen sie wie gesagt eine mehr oder weniger große Energie. Diese kann zum Vibrieren der Atome führen, und/oder auch in eine gerichtete Bewegung des Spiegels.

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#3

Okay ja das leuchtet schon irgendwo ein dass wir hier um extrem winzige Beträge reden aber wenn man es genau nimmt dann übertrage ich ja auch mit dem Tennisball auf einen LKW irgendwo Energie und der Ball verliert diese und fällt zu Boden. Auch wenn wir von winzigen Mengen reden. Die Atome des Metalls werden angestoßen, vibrieren und senden dann wieder Schallwellen aus um die Energie wieder abzugeben also habe ich da auch einen Energieübertrag auch wenn der LKW natürlich nicht wirklich bewegt wird.

Klar die Energie die die Photonen auf unser hypothetisches Sonnensegel übertragen sind winzig aber klein Vieh macht eben auch Mist daher war meine theoretische Überlegung dass da eben auch ein ganz winziger Energieverlust in der Frequenz auftritt nach dem Stoß. Sicherlich ist das extrem winzig aber allein die Tatsache dass der Spiegel oder das Sonnensegel in Bewegung versetzt wird muss ja zu einem Verlust an Energie des Photons führen oder nicht ?

Sorry vielleicht habe ich auch total den Denkfehler :smiley:

Liebe Grüsse :smiley: