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| Der Film zeigt die klassisch-physikalische Vorstellung von einem idealisierten Teilchenstrahl: Identische punktförmige Teilchen, die zufällig über den Strahlquerschnitt verteilt sind und die sich alle mit derselben konstanten Geschwindigkeit bewegen.
Klicke hier, um einen extrem dünn besetzten Teilchenstrahl zu sehen. |
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Ein Teilchenstrahl besteht aus einer bestimmten Sorte von Elementarteilchen, zum Beispiel Elektronen, die sich alle mit ungefähr derselben Geschwindigkeit in ungefähr dieselbe Richtung bewegen. Oft ist der Teilchenstrahl räumlich gut begrenzt. Für die von uns betrachteten Teilchenstrahlen sollen die Teilchen im Strahl so dünn verteilt sein, dass man ihre Wechselwirkung vernachlässigen kann (geringe Teilchendichte).
Ein Elektronenstrahl wird erzeugt, indem man die Elektronen, die aus einem glühenden Draht entweichen durch elektrische und magnetische Felder beschleunigt und fokussiert. Andere Quellen von Teilchenstrahlen sind Kernreaktoren (Neutronenstrahlen) oder Elementarteilchenbeschleuniger.
Die Teilchen im Strahl können durch Detektoren registriert werden. Mit Detektoren kann man zählen, wieviele Teilchen pro Sekunde in ein bestimmtes Raumgebiet (Detektoröffnung) gelangen. Die Teilchendichte ist die Anzahl der Teilchen pro Volumseinheit.
Der Film zeigt einen idealisierten Teilchenstrahl, in dem alle Teilchen exakt dieselbe Geschwindigkeit haben. In der Praxis werden die Teilchengeschwindigkeiten ein wenig um einen Mittelwert herum verteilt sein.
In einem realistischen Teilchenstrahl nimmt die Teilchendichte nach außen hin kontinuierlich ab. Strahlen haben keine scharfen Grenzen. Der Querschnitt bleibt auch nicht über die ganze Länge konstant, sondern weitet sich allmählich aus.
Elektronen stoßen einander ab, da sie alle die gleiche (negative) Ladung haben. Diese Effekte wollen wir hier nicht betrachten. Sie spielen auch keine Rolle, wenn die Teilchen im Strahl voneinander einen genügend großen Abstand haben. Wir müssen also dünn besetzte Strahlen betrachten, in denen die Teilchendichte nicht zu hoch ist.
Dünn besetzte Strahlen (Strahlen mit geringer Intensität): Elementarteilchen sind extrem klein. Selbst wenn sich Milliarden Teilchen im Strahl befinden, kann der Abstand der Teilchen untereinander groß sein im Vergleich zur Reichweite ihrer Wechselwirkung. Jedes einzelne Teilchen bewegt sich dann im wesentlichen so, als ob es alleine wäre.
Lichtteilchen (Photonen) üben aufeinander keine Kräfte aus. Lichtstrahlen können daher ruhig eine hohe Intensität haben. Bereits ein normaler Laserpointer produziert ca 3 x 1015 Photonen pro Sekunde und der Strahldurchmesser beträgt nur etwa einen Millimeter.
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