Streuung (Physik)

Unter Streuung versteht man in der Physik allgemein die Ablenkung eines Objekts durch Wechselwirkung mit einem lokalen anderen Objekt (Streuzentrum). Beispiele sind die Streuung von Licht an Atomen oder Feinstaub, oder von Elektronen an anderen Elektronen.

Die Stärke einer Streuung wird durch den so genannten Streuquerschnitt angegeben. Der Name kommt daher, dass der Streuquerschnitt bei klassischer Streuung an einer harten Kugel gerade gleich dem Querschnitt der Kugel ist.

Man unterscheidet zwischen elastischer und inelastischer Streuung. Bei elastischer Streuung ist die Summe der kinetischen Energien nach den Stoß gleich groß wie vorher, während sie sich bei inelastischen Streuungen ändert.

Die theoretische Beschreibung von Streuungen ist Aufgabe der Streutheorie.

Streuexperimente geben Aufschluss über die Form des Wechselwirkungspotentials. So zeigte Ernest Rutherford anhand der Streuung von Alphateilchen an Atomen, dass die Atome aus einem schweren, positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle bestehen. Auch die Experimente der Hochenergiephysik sind ausnahmslos Streuexperimente.

Rayleigh-Streuung

Streuung an Teilchen, die klein sind gegen die Wellenlänge $\lambda$ der gestreuten Wellen heißt Rayleigh-Streuung. Der (absolute) Streuquerschnitt $\sigma$ der Rayleigh-Streuung ist proportional zur vierten Potenz der Frequenz $\nu ^{4}$.

Die Bedingung für Rayleigh-Streuung ist z. B. erfüllt bei der Streuung von Licht an Gasen. Blaues Licht wird daher stärker gestreut als rotes. Dieser Effekt ist für die blaue Farbe des Himmels bei hohem Sonnenstand, sowie die rote Farbe bei Sonnenaufgang und -untergang:

Beim Durchgang des Lichtes der Sonne durch die Atmosphäre wird durch Rayleigh-Streuung ein Teil des Lichts isotrop (in alle Richtungen) gestreut. Das gestreute Licht ergibt einen diffusen Schimmer der Atmosphäre, der von der Erde aus gesehen als Himmelslicht erscheint. Bei hohem Sonnenstand ist die Strecke, die das Licht durch die Atmosphäre zurücklegen muß zu kurz, um nennenswerte Lichtanteile im langwelligen Spektralbereich zu streuen, während unterhalb der Wellenlänge von blauem Licht eine wesentliche Streuung stattfindet. Daher erscheint das Streulicht (und damit der Himmel) blau.

Bei niedrigem Sonnenstand ist die Strecke des Sonnenlichts durch die Erdatmosphäre groß genug, um auch nennenswerte Anteile des roten Lichts zu streuen. Während die blaue Intensität durch die stärkere Streuung über den gesamten Himmel verteilt wird, überwiegt der Rote Anteil in der „Umgebung ” um die Sonne.

Spezialfälle der Streuung

Elektromagnetische Welle - Festkörper

• Rayleigh-Streuung: Elektromagnetische Welle an Objekten, die kleiner sind als deren Wellenlänge
• Mie-Streuung: Elektromagnetische Welle an Objekten in der Größenordung der Wellenlänge

Festkörper - Festkörper

• Rutherford-Streuung: Alphateilchen an Festkörper

Siehe auch: Beugung, Mittlere freie Weglänge, Lichtverschmutzung, Streuzeit