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Lexikon der Optik: Kapitza-Dirac-Effekt

Kapitza-Dirac-Effekt, die von P.L. Kapitza und P.A.M. Dirac 1933 theoretisch vorhergesagte seitliche Ablenkung eines Elektronenstrahls beim Durchgang durch eine stehende Lichtwelle. Der K. konnte zweifelsfrei erst an Atomen nachgewiesen werden. Hier läßt sich die Stärke der Wechselwirkung dadurch drastisch erhöhen, daß man die Lichtfrequenz einer atomaren Resonanzfrequenz sehr nahe kommen läßt. Der parallel zu den Wellenflächen der stehenden Welle – erzeugt durch einen Laserstrahl, der durch einen Spiegel in sich reflektiert wird – einfallende Atomstrahl scharfer Geschwindigkeit wird dann vornehmlich in zwei Richtungen gestreut, die einem transversalen Impulsübertrag der Größe 2

k (

durch 2π dividiertes Plancksches Wirkungsquantum, k Wellenzahl des Laserlichtes) entsprechen. Dies ist die Folge des Rückstoßes, den das Atom bei (virtueller) Absorption eines Photons der einen in der stehenden Welle vertretenen Ausbreitungsrichtung und gleichzeitiger (virtueller) Emission eines Photons der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung erleidet.

Ist die Wechselwirkungszeit aufgrund geringer Geschwindigkeit der Atome sehr lang, so findet Bragg-Reflexion der Atome an der stehenden Welle statt (Braggsche Reflexionsbedingung). Die Verhältnisse sind ganz ähnlich wie bei der Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen. Es sind lediglich die Rollen vertauscht: Das Lichtfeld mit seinen Knoten und Bäuchen spielt jetzt die Rolle des Gitters, an dem die Materiewelle gebeugt wird.

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