Efekt Comptona (zwany także rozpraszaniem Comptona) jest wynikiem wysokiej energii foton zderzając się z celem, który uwalnia luźno związany elektrony z zewnętrznej powłoki atomu lub cząsteczki. Promieniowanie rozproszone podlega przesunięciu długości fali, którego nie można wyjaśnić w kategoriach klasycznej teorii fal, co stanowi wsparcie Einsteina teoria fotonów. Prawdopodobnie najważniejszą implikacją tego efektu jest to, że pokazane światło nie może być w pełni wyjaśnione na podstawie zjawisk falowych. Rozpraszanie Comptona jest jednym z przykładów nieelastycznego rozpraszania światła przez naładowaną cząstkę. Występuje również rozpraszanie jądrowe, chociaż efekt Comptona zazwyczaj odnosi się do interakcji z elektronami.
Efekt ten po raz pierwszy zademonstrował w 1923 roku Arthur Holly Compton (za który otrzymał 1927 rok) nagroda Nobla w fizyce). Student Compton, Y.H. Woo, później zweryfikowałem efekt.
Jak działa rozpraszanie Comptona
Pokazano, że rozproszenie pokazano na schemacie. Foton wysokoenergetyczny (zwykle rentgen lub
promieniowanie gamma) zderza się z celem, który ma luźno związane elektrony w swojej zewnętrznej powłoce. Foton padający ma następującą energię mi i pęd liniowy p:mi = hc / lambdap = mi / do
Foton oddaje część swojej energii jednemu z prawie wolnych elektronów w postaci energia kinetyczna, zgodnie z oczekiwaniami w przypadku zderzenia cząstek. Wiemy, że należy zachować całkowitą energię i pęd liniowy. Analizując relacje energii i pędu dla fotonu i elektronu, otrzymujesz trzy równania:
- energia
- x-komponent pędu
- y-komponent pędu
... w czterech zmiennych:
- phi, kąt rozproszenia elektronu
- theta, kąt rozproszenia fotonu
- mimi, energia końcowa elektronu
- mi', energia końcowa fotonu
Jeśli zależy nam tylko na energii i kierunku fotonu, wówczas zmienne elektronowe można traktować jako stałe, co oznacza, że możliwe jest rozwiązanie układu równań. Łącząc te równania i stosując pewne sztuczki algebraiczne w celu eliminacji zmiennych, Compton doszedł do wniosku następujące równania (które są oczywiście powiązane, ponieważ energia i długość fali są powiązane fotony):
1 / mi' - 1 / mi = 1/( mmido2) * (1 - cos theta)lambda' - lambda = h/(mmido) * (1 - cos theta)
Wartość h/(mmido) nazywa się Długość fali Comptona elektronu i ma wartość 0,002426 nm (lub 2,426 x 10-12 m). To nie jest oczywiście rzeczywista długość fali, ale tak naprawdę stała proporcjonalności dla przesunięcia długości fali.
Dlaczego obsługuje to fotony?
Ta analiza i wyprowadzanie oparte są na perspektywie cząstek, a wyniki można łatwo przetestować. Patrząc na równanie, staje się jasne, że całe przesunięcie można zmierzyć wyłącznie pod kątem kąta rozproszenia fotonu. Cała reszta po prawej stronie równania jest stała. Eksperymenty pokazują, że tak jest, co stanowi doskonałe wsparcie dla interpretacji fotonu w świetle.
Edytowany przez Dr Anne Marie Helmenstine