Elektronen in einem EM-Puls

Feynman (Lectures Vol. I, 34-9 The momentum of light): "Now as the electric field acts on the charge and moves it up and down, what does the magnetic field do?"

Wie bewegt sich ein Elektron, das von einer elektromagnetischen Welle (oder von Photonen?) getroffen wird?

Lässt sich damit ein neuer Beschleuniger bauen?

In einem ersten Versuch kann man für die elektrische Feldstärke des EM-Pulses ein Gaußpaket nehmen, das sich in z-Richtung bewegt:

 

Dabei zeigt der Vektor der elektrischen Feldstärke in x-Richtung und der Vektor der magnetischen Flussdichte (B = E/c, B und E also gleichphasig) in y-Richtung.

Die Bewegung des Elektrons erhält man dann z.B. durch numerische Integration der nicht relativistischen Bewegungsgleichung, wobei die Längen als Vielfache der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle abgetragen sind (verschiedene Maßstäbe auf den Achsen).

 

Wenn man die elektrische Feldstärke so groß wählt, dass das Elektron bei seiner Schwingung in x-Richtung Lichtgeschwindigkeit erreicht, bewegt  es sich tatsächlich dauerhaft in z-Richtung! Wie sehen die Details der Bewegung aus?

   
   

Feynman: "While the thing is going up and down it has a velocity and there is a force on it, B times v times q; but in which direction is the force? It is in the direction of the propagation of light." Natürlich hat Feynman Recht!

Auch Einstein soll sich schon gewünscht gehabt haben, auf einer Lichtwelle zu reiten (von den Surfern unserer Zeit ganz zu schweigen). Man sollte sich also in einer Animation ansehen, wie es unserem Modellelektron bei diesem Ritt ergeht:

 

 

 

Wie schon den obigen Diagrammen zu entnehmen war: Das Elektron bekommt bei diesem Stoß die doppelte Lichtgeschwindigkeit in z-Richtung. So muss es im Rahmen dieser (nicht relativistischen) Modellierung auch sein, denn es wurde von einer "unendlich großen Masse", die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, angestoßen. Das Erstaunliche ist, dass die Maxwell-Gleichungen, die Lorentzkraft und Newtons Bewegungsgleichung "ganz von selbst" die Impulserhaltung hergeben!

Demnächst:

  'Moderne Physik mit Maple '

HOME | Physik | Elektrizität | Optik | Atomphysik | Quantenphysik | Top