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:

E-Feld 

Das Wellenpaket ist nun also auch in x-Richtung begrenzt. 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 

Je nach Breite des Wellenpakets in x-Richtung wird das Elektron zur Seite (in x-Richtung) herausgeschleudert. Eine Elektronenkanone, mit der man etwas treffen will lässt sich so nicht bauen. Dennoch ist es interessant, die Bewegung  des Elektrons zu untersuchen.

x(t)  z(t) 
vx(t)  vz(t) 

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." Wenn allerdings das elektromagnetische Feld räumlich begrenzt ist, kann das Elektron auch erhebliche Geschwindigkeiten quer zur Richtung der Fortbewegung des Lichts bekommen. Schließlich gibt es ja auch den Comptoneffekt und den Fotoeffekt.

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:

 

Animation 

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