Eigenschaften des Photons

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  • Strahlungsfeld als Photonenstrom: Die Energiedichte $\omega_{em,\nu}$ beschreibt, wie viel Energie sich in einem von Strahlung der Frequenz $\nu$ erfüllten Raum pro $m^3$ befindet. Bei bekannter Energie eines Photons $h\nu$ lässt sich so die Anzahl der Photonen pro $m^3$ erreichnen
$n=\omega_{em,\nu}/(h\nu)$
Die Intensität $I=c \cdot \varepsilon_0 E^2$ gibt die Energie die pro Zeiteinheit auf ein Flächenelement trifft oder strömt an. Der Photonenstrom ist dann gegeben durch
$\dot{N}=I/(h\nu)=c \cdot n$
  • Photonenmasse Das Photon hat keine Ruhemasse, ihm kann aber gemäß $E=mc^2$ über die Energie eine Masse zugeordnet werden.
$m=\frac{E}{c^2}=\frac{h\nu}{c^2}$
  • Photonenspin: Photonen können unabhängig von ihrer Energie $h\nu$ einen Spin von Betrag $\pm \hbar$ haben und diesen bei Absorption auf ein Atom übertragen. Links-zirkuläres Licht $\sigma^+$ hat ein positives Vorzeichen während, rechts-zirkulares Licht $\sigma^-$ ein negaties Vorzeichen hat.

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  • Photonenimpuls:
$p=\frac{E}{c}=\frac{h\nu}{c}=\frac{\hbar \omega}{c}=\hbar k$
Beispiel: Impulsübertragung beim Photoeffekt
$E_{kin}=h(\nu-\nu')=\frac{p_e^2}{2m_e} \Rightarrow p_e=\sqrt{2hm_e(\nu-\nu')}$
$p_{ph}=\frac{h\nu}{c}$
$\frac{p_e}{p_{ph}}=\sqrt{\frac{2hm_e(\nu-\nu')c^2}{h^2\nu^2}}=\sqrt{\left(\frac{2m_ec^2}{h\nu}\right)\left(1-\frac{\nu'}{\nu}\right)}$