Mott-Streuung

Die Mott-Streuung (nach Nevill F. Mott) ist die elastische Streuung eines als punktförmig betrachteten Spin-1/2-Teilchens (Fermions), z.B. eines Elektrons, an einer statischen, punktförmigen Ladung ohne Spin. Sie wird in der Kern- und Teilchenphysik ausgenutzt, um die Strukturen von Nukleonen (Proton und Neutron) oder deren Bestandteilen, den Quarks, zu untersuchen.

Dieser Streumechanismus ist ähnlich der Rutherford-Streuung, bei der ein spinloses Teilchen an einer Ladung gestreut wird. Das mit dem Spin verbundene magnetische Moment ergibt jedoch eine zusätzliche Spin-Bahn-Wechselwirkung.

Die elastische Streuung zweier punktförmiger Teilchen, die beide einen Spin haben, heißt Dirac-Streuung.

Der differentielle Wirkungsquerschnitt der Mott-Streuung, der Mott-Wirkungsquerschnitt, ist:

\left( \frac{\mathrm d\sigma}{\mathrm d\Omega} \right)_\textrm{Mott} = \left( \frac{2 Z Z' e^2}{4 \pi \varepsilon_0} \right)^2 \cdot \frac{E^2}{(qc)^4} \cdot \left[ 1 - \left( \frac{v}{c} \right)^2 \cdot \sin^2 \left( \frac{\theta}{2} \right) \right]

mit

Die Abhängigkeit vom Streuwinkel \theta lässt sich so verstehen, dass die Rückwärtsstreuung (\theta =\pi ) unterdrückt wird. Dies entspräche nämlich einem Spinflip; dieser ist bei einem spinlosen Targetteilchen nicht möglich.

Im nichtrelativistischen Grenzfall (d.h. Vernachlässigung des Spins wegen \beta = \frac{v}{c} \ll 1) geht der Mott-Streuquerschnitt in den Rutherford-Streuquerschnitt über.

Die Mott-Streuung bildet die Grundlage für den Mott-Detektor, mit dem die Richtung des Spins von Elektronen bestimmt werden kann.

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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 07.11. 2021