Kompton-Effekt

Es bestehen auch manche Fragen zur Theorie des Kompton-Effektes, insbesondere zur Interpretation zweier Schlüsseltatsachen der experimentellen Kurve: 1) zur Zerstreuung auf freien ruhenden Elektronen; 2) zur Erklärung des Vorhandenseins von stark (?!) gebundenen Elektronen bei der Energie der einfallenden harten Röntgenstrahlen über 1 Mev (?!). Zur ersten Tatsache muss man folgendes sagen. Erstens ist die Wahrscheinlichkeit gleich Null, sogar für das freie Elektron bei realen Temperaturen eine Nullgeschwindigkeit zu haben, und man soll die willkürlichen Bewegungen der Elektronen (die reale Verteilung) betrachten. Insbesondere soll die Spitze Bezug nicht auf die Nullgeschwindigkeit, sondern auf die höchstwahrscheinliche Geschwindigkeit haben (im Atom - auf die Geschwindigkeit der im Atom gebundenen Elektronen, die ziemlich hoch ist). Zweitens wäre es interessant, den Effekt mit Bündeln von Elektronen nach allen drei Größen (das volle Gleichgewicht) unabhängig zu bestätigen: nach Winkeln, Energien und Zahl von Teilchen.

Über die zweite Tatsache bemerken wir, dass es seltsam ist, bei erklärten großen Energien ein beliebiges Elektron nicht auszureißen (sogar ein Innenelektron). Vielleicht soll der Kompton-Effekt (wie der Mößbauer-Effekt)für den Körper (oder das Atom)als eines Ganzen von gewissen Resonanzbedingungen (unter Berücksichtigung konkreter Mechanismen von Absorption und Strahlung im Atom) betrachtet werden. Einerlei bleiben doch die Unbestimmtheiten des Einflusses der Elektronenbewegung in Atomen und des Einflusses der Temperatur auf alle drei in einem (!) Experiment gemessenen Größen.

Es scheint, als ob es am wenigsten Gründe für elektromagnetische Wechselwirkungen geben soll, in der relativistischen Bewegungsgleichung

$${d{\bf P}\over dt} = e{\bf E} +{e\over c}[{\bf v}\times {\bf B}]$$

und als Folge in der Anwendbarkeit der relativistischen Erhaltungssätze für den Prozess des Zusammenstoßes zu zweifeln. Nichtsdestoweniger machen wir eine Reihe von weiteren Bemerkungen über die Frage der Begründetheit der relativistischen Beschreibung vom Kompton-Effekt. Oben wurde schon eine Reihe von Unbestimmtheiten für den Zusammenstoß von Kügelchen, eines Analogons des Kompton-Billardmodells betrachtet. Wollen wir die Experimente analysieren, die in den Standardlehrbüchern angeführt sind, z.B., [27, 30,40]. Es sei bemerkt, dass, wenn die Zeitkoinzidenz der Registriermomente von Gamma-Quanten und Elektronen $\Delta t > 10^{-20}$ s ausmacht, die Experimente die Gleichzeitigkeit der Aussendung von Teilchen nicht beweisen, sondern auch nicht erlauben, die Teilchen einem beliebigen Zerstreuungsakt eindeutig gegenüberzustellen. Solche Genauigkeit liegt über die Grenzen sogar heutiger Möglichkeiten (d.h., soweit ist es die Frage des „Glaubens“, und die Statistik kann hier nicht helfen).

Es ist methodisch unrichtig, die Elektronen, die sich an der Zerstreuung beteiligen, als freie zu nennen, weil ihre Zahl dann im Experiment konstant sein sollte. Aber wir sind gezwungen, diese Zahl abhängig vom Streuwinkel für verschieden zu halten, und beim genug kleinen Streuwinkel „erweisen sich“ alle Elektronen als gebunden. In der Tat beteiligen sich alle Elektronen an der Impulsübertragung infolge ihrer Bewegung im Atom und nehmen dem Gamma-Quant einen Teil von Energie ab, weil sie im Atomsystem gebunden waren.

Eine Reihe von Momenten ist in der Theorie des Kompton-Effektes nicht ersichtlich. Wie ist, z.B., die Rolle der Zerstreuung auf größeren als Elektronen Teilchen – auf Kernen (d.h., ob die Interferenz und ihr Einfluss von der auf den Kernen zerstreuten Strahlung möglich ist?)? Warum fehlt die nicht verschobene Linie (Kompton, Wu) im Experiment mit Lithium, sie soll doch wegen der Zerstreuung auf Kernen immer da sein? Warum existiert nicht eine verschobene Spitze für alle Stoffe, sondern zwei, die fast symmetrisch bezüglich der Ausgangslinie liegen?

Außerdem werden alle Spuren wie in der idealen Theorie nicht visualisiert, sondern nur durch Hilfsmittel und Interpretationen wiederhergestellt, d.h., bei der Prüfung der Erhaltungssätze haben wir mit statistischen Hypothesen zu tun. Es gibt in Experimenten keine Einschätzungen der Wahrscheinlichkeit der Doppelzerstreuung vom Muster, obwohl sie eine merkliche Größe haben kann, und nirgendwo wird die Rolle des vielfach zerstreuten „Untergrunds“ von allen Teilen der experimentellen Anlage eingeschätzt. Die Genauigkeit der Experimente ist sogar von der Bestimmung des Querschnitts der Zerstreuung nicht hoch $~10\%$ (wobei ist es die statistische Genauigkeit!). Dabei wählt man höchst repräsentative Fälle (vorteilhafte für die Theorie). Z.B., im Experiment von Krein, Gaerttner und Turin wurden 300 Fälle (ist es nicht wenig?) von 10000 Photographien gewählt, und es wird die Koinzidenz der Angaben für Querschnitt der Zerstreuung mit der Formel von Klein-Nishina-Tamm erklärt. Im Falle der großen Musterdicke (Kohlrausch, Kompton, Chao) ist es klar, dass der Einfluss von Doppelzerstreuungen zu berücksichtigen ist. Ähnlich sieht es im Schema des Experiments aus, dass die Zahl der Doppelzerstreuungen im Experiment von Szepesi und Bay dieselbe wie die der Einfachstreuungen ist. Beim Fehlen der Erfassung dieser Tatsache ist die deklarierende Genauigkeit $17\%$ ziemlich zweifelhaft. Es bringt in Verlegenheit, wenn die deklarierenden Verbesserungen (Anpassungen) infolge der Wirkung verschiedener Faktoren im Hofstadter-Experiment gemacht werden. Dabei wird die Genauigkeit $15\%$ nach allen Verbesserungen (bis $30\%$ Anpassungen!) erklärt.

In der Tat werden nicht die Richtungen der Zerstreuung von Teilchen in allen oben genannten Experimenten gewählt, sondern ihr Treffen von einer bestimmten Stelle im Raum fixiert. Also ist die Bestätigung der SRT-Interpretation durch Experimente ziemlich zweifelhaft. Im Experiment von Kross und Ramsey, z.B., liegt fast eine Hälfte der Punkte mit Erfassung der erklärten Grenzen von Toleranzen außerhalb der theoretischen Kurve. Es zieht die Tatsache die Aufmerksamkeit auf sich, dass die Zahl der Koinzidenzen in den Zerstreuungsakten bei der Entfernung des Registriergerätes aus der Zerstreuungsebene bedeutend bleibt: mehr als um das 3-fache den Untergrundwert übersteigt. Es ist auch ziemlich seltsam, die Skobeltsyn-Experimente mit der Theorie zu vergleichen, indem man die Relation der Zahl von Teilchen anwendet, die zu verschiedenen Winkeln $N_{0^{\circ}}^{10^{\circ}}/N_{10^{\circ}}^{20^{\circ}}$ zerstreut sind. Jede von diesen Größen (sowie der Zähler, als auch der Nenner einzeln) ist doch eine gemittelte (effektive) Größe. Wie kann man in allgemeiner Form die Relation der durchschnittlichen Größen (zwei Experimente) der Relation der echten Größen (Theorie) ohne Heranziehung der Fluktuationstheorie gegenüberstellen?

Für eine vollere theoretische Begründung des Kompton-Effektes braucht man nicht einen Kollimator für einfallende Teilchen, sondern drei für die Absonderung jeder Art von zerstreuten Teilchen in speziellen Richtungen. Man braucht auch Absorber, die den Untergrund wegschaffen. Danach bleibt „nur“ das Problem der Filtration aller Teilchen nach Energien. Auf solche Weise ist sogar solcher angeblich rein relativistische Effekt wie der Kompton-Effekt experimentell nicht ganz geprüft.