Elektronenstreuung

Elektronenstreuung bezeichnet die Wechselwirkung von Elektronen mit Materie oder mit anderen geladenen Teilchen, bei der sich der Weg des Elektrons durch elektromagnetische Kräfte ändert. Sie ist grundlegend in der Kernphysik, der Festkörperphysik und der Teilchenphysik und wird sowohl in Experimenten als auch in Anwendungen genutzt, um Informationen über Strukturen und Kräfte zu gewinnen.

Man unterscheidet grob zwischen elastischer und inelastischer Streuung. Bei elastischer Streuung bleibt die kinetische Energie des Elektrons nahezu unverändert, während sich der Impuls durch das Coulombfeld des Streuobjekts ändert. In der Kernphysik ist die elastische Streuung von Elektronen am Nukleus als Rutherford-Streuung theoretisch modelliert; Erweiterungen wie die Mott-Streuung berücksichtigen die Quantenmechanik und den Spin relativistischer Elektronen. In Festkörpern führt Elektronenstreuung durch Kristallgitter zu charakteristischen Beugungsformen, die die Elektronenstruktur und das Gitter beeinflussen.

Inelastische Streuung umfasst Energieübertragungen an das Streuobjekt, wodurch Anregungen, Ionisation oder Elektronenaustausch entstehen. In der Materie bestimmt die Energieverlustrate des Elektrons die Transport- und Streuquadrate; der Bethe-Bloch-Formalismus beschreibt oft den mittleren Energieverlust pro Weglänge, während bei hohen Energien Bremsstrahlung eine zunehmende Rolle spielt.

In der Praxis wird Elektronenstreuung in der Elektronenmikroskopie, bei Diffraction-Experimenten und in der Teilchenphysik genutzt. Elektronendiffraction in Kristallen liefert Informationen über Gitterabstände und Elektronenwellencharakter; Deep-Inelastic-Streuung von Elektronen offenkundig die substrukturelle Struktur von Nukleonen und die Verbreitung von Quarks.

Zusammenfassend ist Elektronenstreuung ein zentrales Werkzeug zur Erforschung von Materialstrukturen, elektromagnetischen Wechselwirkungen und subatomaren Prozessen.