法兰克福歌德大学 艺术家对康普顿散射过程和横截面的看法(正面)和使实验成为可能的科尔特里斯反应显微镜(背面)
光子(摆动线)击中COLTRIMS反应显微镜中心原子中的一个电子，撞出一个电子(红色球)，留下一个离子(蓝色球)
两种粒子都被电场和磁场导向探测器(红色和蓝色圆盘
)学分:法兰克福歌德大学 当美国物理学家阿瑟·康普顿在1922年发现光波的行为像粒子一样，并且可以在撞击实验中把电子从原子中撞出来时，这是量子力学的一个里程碑
五年后，康普顿因这一发现获得了诺贝尔奖
康普顿在他的实验中使用了能量很高的短波光，这使他忽略了电子与原子核的结合能
康普顿在计算中简单地假设电子在空间中自由静止
在接下来的90年里，人们对康普顿散射进行了大量的实验和计算，这些实验和计算不断揭示出不对称现象，并提出了许多谜题
例如，据观察，在某些实验中，当将碰撞后的电子和轻粒子(光子)的运动能量与碰撞前的光子能量进行比较时，能量似乎损失了
因为能量不能简单地消失，所以假设在这些情况下，与康普顿简化假设相反，原子核对光子-电子碰撞的影响不能忽略
在首次用光子进行的撞击实验中，由法兰克福歌德大学的赖因哈德·多尔纳教授和博士生马克斯·基歇尔领导的一个物理学家小组，现在已经同时观察到了喷射出的电子和原子核的运动
为此，他们在DESY汉堡加速器设施用x光源佩特拉三号的x光照射氦原子
他们在COLTRIMS反应显微镜中检测到喷射出的电子和剩余的带电原子(离子)，这是一种由多尔纳帮助开发的设备，能够使原子和分子中的超快反应过程可见
结果令人惊讶
首先，科学家们观察到散射光子的能量当然是守恒的，并且部分地被转移到了原子核(更准确地说是离子)的运动中
此外，他们还观察到，当碰撞光子的能量实际上太低而无法克服电子与原子核的结合能时，电子有时会被撞出原子核
总的来说，在三分之二的情况下，电子只是以台球撞击实验中所预期的方向射出
在所有其他情况下，电子似乎被原子核反射，有时甚至向相反的方向射出
马克斯·基歇尔在科尔特里斯反应显微镜前的自拍
荣誉:马克斯·基歇尔，歌德大学 赖因哈德·多尔纳:“这让我们能够证明，光子、射出的电子和离子的整个系统按照量子力学定律振荡
因此，我们的实验为康普顿散射的量子力学理论的实验测试提供了一种新的方法，康普顿散射在天体物理学和x光物理学中起着重要的作用
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