Basiswissen

Theoretisch dürfte man für Teilchen keinerlei Beugung beobachten können. Tatsächlich findet sie aber statt. Hier wird zunächst der Widerspruch erklärt und anschließend die physikalische Deutung (Welle-Teilchen-Dualismus) kurz vorgestellt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Oben sieht man ein gelbes Teilchen. Ein weißer Pfeil deutet an, dass es sich senkrecht nach unten auf einen Spalt in einer Wand zubewegt. In dieser Flugrichtung kann das Teilchen ungehindert den Spalte durchfliegen. Es würde sich dann auf der unteren Seite des Spaltes weiter auf einer geraden Linie fortbewegen. Auf diese Weise könnte es niemals den Teilchendetektor links unten im Bild erreichen. Tatsächlich gibt es aber Versuche mit Teilchen, etwa Elektronen oder Neutronen, bei denen die Teilchen genau dieses Verhalten zeigen. Das Phänomen heißt Beugung.☛

Beispiel: Teilchen am Einzelspalt

Man stelle eine von links nach rechts verlaufende Wand vor. In der Mitte der Wand ist ein durchgehender Spalt. Auf diesen Spalt bewege sich nun ein Teilchen auf einer geraden Flugbahn zu. Die Flugbahn ist so, dass das Teilchen in gerader Linie durch den Spalt gehen kann, also nirgends die Wand berührt. Von echten Teilchen, etwa einer Gewehrkugel, würde man erwarten, dass es sich nach dem Durchfliegen des Spaltes auch auf der anderen Wandseite weiter auf einer geraden Linie ausbreitet. Nun stelle man sich einen Teilchendetektor vor, der links unterhalb der Wand steht. Er steht in einem Bereich, den das Teilchen auf seiner geraden Flugbahn niemals erreichen könnte. Es gibt aber Versuche mit Teilchen (Neutronen, Moleküle), bei denen die Teilchen aber dennoch eine so platzierten Detektor erreichen können. Für Wasserwellen wäre das Phänomen nicht verwunderlich. Für klassisch gedachte Teilchen ist es aber sozusagen unmöglich. Das wird hier kurz erläutert.

Was ist Beugung?

Von Beugung spricht man nur bei Wellen.

Wellen können in Raumbereiche abgelenkt werden, die ...

in geradliniger Richtung für die Welle eigentlich versperrt wären.

Bei Beugung treten oft charakteristische Beugungsmuster auf.

Beugung ist typisch für Wasser-, Schall- und Lichtwellen.

Mehr dazu unter Beugung ↗

Was ist Streuung?

Von Streuung spricht man nur bei Teilchen.

Teilchen können nicht in Raumbereiche abgelenkt werden, die ...

in geradliniger Richtung für eigentlich versperrt wären.

Bei Streuung treten keine Beugungsmuster auf.

Mehr dazu unter Streuung ↗

Was ist der Welle-Teilchen-Dualismus?

Beugung ist typisch für Wellen, Streuung für Teilchen.

Es gibt aber Versuche, in denen beide Phänomene gemeinsam erscheinen.

Materie wie z. B. Elektronen zeigt Wellen- und Teilchencharakter.

Auch masselose Strahlung wie Licht zeigt Wellen- und Teilcheneigenschaften.

Diese Tatsache nennt man den Welle-Teilchen-Dualismus ↗

Was ist der klassische Versuch dazu?

Ein Elektron ist ein typisches Teilchen.

Es hat Masse und erzeugt zum Beispiel Lichtblitze auf Schirmen.

Schickt man Elektronen durch einen sehr dünnen Spalt, werden sie gebeugt.

Das würden klassisch gedachte Teilche nicht tun.

Lies mehr dazu unter Einzelspaltexperiment ↗

Was ist Compton-Streuung?

Ein Photon wird trifft auf ein Elektron als Hindernis.

Für die Formeln dazu nutzt man eine Wellenlänge des Photons.

Damit modelliert man das Photon eindeutig als Welle.

Die Streuung hat damit Elemente einer Beugung.

Gleichzeitig rechnet man mit seinem Impuls.

Damit behandelt man es eindeutig als Teilchen.

Siehe mehr dazu unter Compton-Streuung ↗