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Wellenlänge und Impuls von Teilchenstrahlen - Hochenergetischer Elektronenstrahl

Die folgende Tabelle gibt die De-Broglie-Wellenlängen hochenergetischer Elektronen (bzw. Positronen) und Protonen (bzw. Antiprotonen) für verschiedene kinetische Energie Ekin an. Die Ruheenergie E0 von Elektronen beträgt 0,511 MeV, die von Protonen 938,3 MeV zur Erklärung der verwendeten Einheiten, wie z.B. GeV etc.

Die De-Broglie-Wellenlängen für Protonen mit einer Energie von mehr als 1 GeV sind zwar rechnerisch sehr klein, trotzdem eignen sie sich nicht um sehr kleine Strukturen zu untersuchen, da sie selbst eine Ausdehnung von ca. 1 fm (10-15 m) haben. Man kann nicht mit Teilchen Strukturen untersuchen, die kleiner sind als das Teilchen selbst. Zum Vergleich könnte man sagen, dass es auch keinen Sinn macht, mit einem Fußball in ein Golf-Loch treffen zu wollen. Die Werte sind daher in der Tabelle mit * gekennzeichnet.

Im Gegensatz dazu können Elektronen (Durchmesser < 10-18 m) als punktförmig angenommen werden und eignen sich daher sehr gut als "Untersuchungssonden".
Ein homogenes Magnetfeld zwingt bewegte Elektronen auf eine Kreisbahn

kinetische Energie Ekin
lDe-Broglie für Elektronen
lDe-Broglie für Protonen
1 MeV
8,71 .10-13 m
2,86 .10-14
10 MeV 
1,18 .10-13 m
9,03 .10-15
100 MeV
1,23 .10-14 m
2,79 .10-15
1 GeV
1,23 .10-15 m (ca. 1 fm)
7,31 .10-16 m
10 GeV
1,23 .10-16 m
1,23 .10-16 m *
100 GeV
 1,23 .10-17
1,23 .10-17 m *
1 TeV
1,23 .10-18 m
1,23 .10-18 m *

Online-Berechnung
Berechnung der De-Broglie-Wellenlänge. 
Wähle ein Teilchen aus:     Elektron Proton 
Gib einen Wert ein:  kinetische Energie Ekin in MeV: MeV
Lösung: Die Wellenlänge beträgt  

Die Ruheenergie E0 kann gegenüber der Gesamtenergie für E > 10.E0 vernachlässigt werden. 
Da sich die Gesamtenergie aus Ruhe- und kinetischer Energie zusammensetzt, ist dies für kinetische Energien, die wesentlich größer als die Ruheenergie sind, der Fall. Aus diesem Grund sind die
Werte der Wellenlängen lDe-Broglie für Elektronen und Protonen bei kinetischen Energien größer als 10 GeV (10 GeV >> E0,Elektron und 10 GeV >> E0,Proton) fast identisch (rote Schrift), da dann lDe-Broglie » hc/E gilt, also näherungsweise unabhängig von E0 ist. 

Als Faustregel kann man sich merken:
"Elektronen der Energie 1 GeV besitzen eine De-Broglie-Wellenlänge von ca. 1 fm"
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