ThomsonStreuung

ThomsonStreuung bezeichnet die elastische Streuung elektromagnetischer Strahlung an freien Elektronen im klassischen Limit. Sie ist der niedrigenergetische Grenzfall der Compton-Streuung und gilt, wenn die Photonenergie hν deutlich kleiner ist als die Elektronenruheenergie m_e c^2 sowie Bindungseffekte vernachlässigt werden.

Der differentielle Streuquerschnitt für unpolarisiertes Licht beträgt dσ/dΩ = (r_0^2 / 2) (1 + cos^2 θ), wobei θ der Streuwinkel ist. r_0 ist der klassische Elektronenradius, r_0 = e^2/(4π ε_0 m_e c^2) ≈ 2.818 × 10^-15 m. Der totale Streuquerschnitt ergibt sich zu σ_T = ∫ dΩ dσ/dΩ = 8π/3 r_0^2 ≈ 6.65 × 10^-29 m^2. Die Strahlung ist in diesem Limite frequenzunabhängig und die Form der Auslenkung hängt von der Polarisation durch die θ-Verteilung ab.

ThomsonStreuung dient als einfaches Modell für Streuung an freien oder locker gebundenen Elektronen, beispielsweise in Plasmen oder in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, wo Elektronen frei vorhanden sind. In Atomen gilt sie nur als Näherung; bei höheren Frequenzen oder stärkeren Bindungen dominiert die inelastische Compton- bzw. Rayleigh-Streuung.

Historisch geht der Begriff auf J. J. Thomson zurück, der die Streuung des Lichts an Elektronen untersuchte. In der Quantenfeldtheorie wird Thomson-Streuung als low-energy Limit der Compton-Streuung interpretiert.