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).

Bahn

Aber selbst wenn man die elektrische Feldstärke so groß wählt, dass das Elektron bei seiner Schwingung in x-Richtung 99% der Lichtgeschwindigkeit erreicht, wird es nur stark zwei Wellenlängen in z-Richtung (bei der gewählten Pulsbreite) transportiert und wieder abgesetzt, sobald die elektrische Feldstärke abnimmt. So lässt sich also eine Elektronenkanone der neuen Art nicht bauen. Dennoch sind die Details der so berechneten Bewegung interessant:

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." Zumindest im Mittel ;-))

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:

 

Nun ja, wenn man es nicht schafft, vor der Welle zu bleiben, kann das auch daran liegen, dass die Welle zu klein war.

 

  'Moderne Physik mit Maple '

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