Licht sind kleine Teilchen 3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen Huygens: (19. Jahrh.) Licht ist eine Welle Newton: (18. Jahrh.) Licht sind kleine Teilchen

Newton: Teilchen  Reflektion: Einfallswinkel=Ausfallwinkel ABER: Wellen werden auch reflektiert! (Stehende Welle)

Newton: Teilchen Newton: Brechung durch Kraft an der Oberfläche  ABER: Wellen können unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben

Huygens: Welle Huygensches Prinzip: Jede Welle zerlegbar in Überlagerung von Kugelwellen

Huygens: Welle Interferenz und Beugung z.B. Thomas Young Doppelspalt (1801)

Huygens: Welle z.B. Interferenz an dünnen Schichten:

1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen Funkenentladung Sender Induzierte Entladung Empfänger Antenne

1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen

Maxwell & Hertz Sieg des Wellenbildes?

3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen 6.1. Der photoelektrische Effekt

1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): positive charge: + Zinc Electrometer Magnesium (UV-light needed) positive Ladung: kein Effekt

1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): - negative charge: Zinc Electrometer Magnesium (UV-light needed) negative: schnelle Entladung positive Ladung: kein Effekt

e- A + - Beobachtung: Strom steigt mit Lichtintensität! e- 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel A - + e- Beobachtung: Strom steigt mit Lichtintensität! classical electrodynamics: oscillating optical light field accelerates electrons E(t) = A sin(2  t) A   Intensity e- Electron energy should depend on light intensity!

e- 1900ff Lenard A + - goal: measure kinetic energy 1/2 mv2 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel e- 1900ff Lenard A potential + - 1/2mv 2 > Uqe goal: measure kinetic energy 1/2 mv2

monochromatic light A - 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard monochromatic light e- e- A - max. electron energy independent of intensity - + I Potential high intensity low intensity max. electron energy depend on frequency!

monochromatic light A - 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard monochromatic light e- e- A - usefull unit: 1 eV (“Electron Volt”) = 1.60219 10-19 J (WS) energy of an electron on a potential of 1 Volt

Number of photons  Intensity Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132: light comes in energy packets (photons) Ephoton= h  kphoton= h  / c Number of photons  Intensity e- h Electron energy depends on light intensity frequency Number of electrons  Intensity Emax= h- eUwork

Emax= h- eUwork Millikan (Phys Rev. 7,355 (1916)) h=6.56 10-34J sec (depends on material) h=6.56 10-34J sec within < 1% !! (6.626210-34J sec) e- - Emax= h- eUwork

Experiment: electron energy: increases with frequency independent of intensity no time delay Nelectrons Intensity minimum frequency Maxwell: independent of frequency E   I time delay for very dim light No Einstein: Emax= h- eUwork Yes! no time delay hmin=eUwork

Photoelectric effect: energy and momentum conservation electron energy Ee= h- Ebinding electron energy Emax= h- eUwork

Photoelectric effect: energy and momentum conservation example: h=99eV Ee= h- Ebinding=75eV ke=5 10-24kg m/sec kphoton= h  / c = 5.3 10-26kg m/sec h e- nonrelativistic: photon momentum small ion or solid compensates electron momentum! (Eion=Ee*me/mion) Photon cannot couple to a free electron, second particle needed!

Photoelectric effect: energy and momentum conservation electron ion momentum h e- Photon cannot couple to a free electron, second particle needed! 99 eV, linear polarized  + He -> He1+ + e-

(electron-correlation) Photoelectric effect: energy and momentum conservation e- How does ONE Photon couple to TWO electrons? How do the electrons talk to eachother? (electron-correlation) electron ion momentum h e- Photon cannot couple to a free electron, second particle needed! 99 eV, linear polarized  + He -> He1+ + e-

h e- Where do the momenta come from?? photon: No! acceleration: No!

Direction of photoelectrons: changes directions, looses energy

? Direction of photoelectrons: e-  h compare: Hertzian Oscillator 85 eV, linear polarized  + He -> He1+(1s) + e-  ? number of electrons  sin2() Not always true! HOT TOPIC TODAY! compare: Hertzian Oscillator electrons intensity of radiation

but ...: super high intensities Einstein: forbidden Energy e- minimum frequency: h = Ebinding Ebind Laser: but ...: super high intensities example: h = 1.5 eV << Ebind = 24 eV h e- not linear with intensity! I7