Compton Streuung - Vielfach differentielle Messung

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Dörner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421251772

Compton Streuung ist einer der elementaren Wechselwirkungsprozesse von Photonen mit Materie. Hierbei überträgt das Photon einen Teil seiner Energie und seines Impulses in einem binären Stoß auf ein Elektron, das dadurch aus seiner Bindung emittiert wird. Trotz ihres elementaren Charakters sind bei Compton Streuung heute noch viele Fragen offen. Besonders interessant sind dabei folgende Bereiche: Erstens, das Regime kleiner Photonenenergien bei denen ein billardartiger binärer Stoß nicht genug Energie übertragen kann um ein Atom zu ionisieren, aber überraschenderweise Comptonionisation dennoch beobachtbar ist. Zweitens, Compton Streuung an Systemen, bei denen die Elektron/Elektron-Wechselwirkung eine große Rolle spielt und die Elektronen nicht mehr unabhängig voneinander betrachtet werden dürfen und drittens, Compton Streuung an Molekülen. Diese drei Bereiche werden wir im beantragten Projekt mit einem neuen experimentellen Zugang bearbeiten.Wir werden dazu die erste jemals durchgeführte koinzidente Impulsmessung zur Compton Streuung an einem einzelnen Atom in der Gasphase durchführen. Diese Experimente werden an den Synchrotron Strahlungsquellen PETRA3 (Hamburg) und ESRF (Grenoble) durchgeführt. Dort gibt es Experimentierplätze, an denen als spezieller Betriebsmodus auch der nicht monochromatisierte Röntgenstrahl zur Verfügung steht, was einen hinreichend hohen Photonenfluss zur Folge hat. Wir werden die Experimente mit einem COLTRIMS Reaktionsmikroskop, einer Technik die vom Antragsteller mitentwickelt wurde, durchführen und damit die Impulse aller entstehenden Ionen und Elektronen mit hoher Auflösung in Koinzidenz messen. Unter Ausnutzung der Impulserhaltung lässt sich daraus auch der Impulsübertrag des Photons bestimmen. 95 Jahre nach Arthur H. Comptons bahnbrechender Entdeckung, wären diese Experimentes die ersten, die nicht nur eines der Teilchen, sondern alle beteiligten Teilchen dieses Prozesses gleichzeigtig vermessen. Unsere Experimentreihe wird damit das vollständigste und detaillierteste Bild der Comptonstreuung liefern das überhaupt möglich ist. Dies hat einerseits Lehrbuchcharakter, adressiert andererseits aber auch offene Fragen der Comptonstreuung in noch nie dagewesenem Detail. Dies ist insbesondere bei niedrigen Energien von Interesse, da dort die Standardnäherung (Impulsnäherung) zur Comptonstreuung versagt, sowie bei Prozessen an denen mehr als ein Elektron beteiligt ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen