Το φαινόμενο Compton (που ονομάζεται επίσης Compton scattering) είναι το αποτέλεσμα μιας υψηλής ενέργειας φωτόνιο συγκρούονται με έναν στόχο, ο οποίος απελευθερώνεται χαλαρά ηλεκτρόνια από το εξωτερικό κέλυφος του ατόμου ή του μορίου. Η διάχυτη ακτινοβολία παρουσιάζει μια μετατόπιση μήκους κύματος που δεν μπορεί να εξηγηθεί από την άποψη της θεωρίας των κλασικών κυμάτων, παρέχοντας έτσι υποστήριξη Ο Αϊνστάιν θεωρία φωτονίων. Πιθανώς η σημαντικότερη συνέπεια της επίδρασης είναι ότι έδειξε ότι το φως δεν μπορούσε να εξηγηθεί πλήρως σύμφωνα με τα φαινόμενα κύματος. Η σκέδαση Compton είναι ένα παράδειγμα ενός τύπου ανελαστικής σκέδασης φωτός από ένα φορτισμένο σωματίδιο. Πυρηνική σκέδαση επίσης συμβαίνει, αν και το φαινόμενο Compton τυπικά αναφέρεται στην αλληλεπίδραση με ηλεκτρόνια.
Το αποτέλεσμα επιδείχθηκε για πρώτη φορά το 1923 από τον Arthur Holly Compton (για τον οποίο έλαβε το 1927 βραβείο Νόμπελ στη Φυσική). Ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Compton, Y.H. Woo, επαληθεύτηκε αργότερα το αποτέλεσμα.
Πώς λειτουργεί το Compton Scattering
Η διάσπαση φαίνεται ότι απεικονίζεται στο διάγραμμα. Ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας (γενικά ακτίνες Χ ή γ-ακτίνων) συγκρούεται με έναν στόχο, ο οποίος έχει χαλαρά δεσμευμένα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος. Το φωτόνιο προσβολής έχει την ακόλουθη ενέργεια μι και γραμμική ορμή Π:
μι = hc / λάμδαΠ = μι / ντο
Το φωτόνιο δίνει μέρος της ενέργειάς του σε ένα από τα σχεδόν ελεύθερα ηλεκτρόνια, με τη μορφή κινητική ενέργεια, όπως αναμένεται σε σύγκρουση σωματιδίων. Γνωρίζουμε ότι η συνολική ενέργεια και η γραμμική ορμή πρέπει να διατηρηθούν. Αναλύοντας αυτές τις σχέσεις ενέργειας και ορμής για το φωτόνιο και το ηλεκτρόνιο, καταλήγετε σε τρεις εξισώσεις:
- ενέργεια
- Χ-συμμετρική ορμή
- y-συμμετρική ορμή
... σε τέσσερις μεταβλητές:
- phi, τη γωνία σκέδασης του ηλεκτρονίου
- θήτα, τη γωνία σκέδασης του φωτονίου
- μιμι, την τελική ενέργεια του ηλεκτρονίου
- μι', την τελική ενέργεια του φωτονίου
Εάν ενδιαφέρουμε μόνο για την ενέργεια και την κατεύθυνση του φωτονίου, τότε οι μεταβλητές ηλεκτρονίων μπορούν να αντιμετωπίζονται ως σταθερές, πράγμα που σημαίνει ότι είναι δυνατή η επίλυση του συστήματος των εξισώσεων. Συνδυάζοντας αυτές τις εξισώσεις και χρησιμοποιώντας κάποια αλγεβρικά κόλπα για την εξάλειψη των μεταβλητών, έφτασε ο Compton οι ακόλουθες εξισώσεις (οι οποίες σχετίζονται προφανώς, καθώς σχετίζονται με την ενέργεια και το μήκος κύματος) φωτόνια):
1 / μι' - 1 / μι = 1/( Μμιντο2) * (1 - cos θήτα)λάμδα' - λάμδα = h/(Μμιντο) * (1 - cos θήτα)
Η αξία h/(Μμιντο) ονομάζεται Το μήκος κύματος Compton του ηλεκτρονίου και έχει τιμή 0.002426 nm (ή 2.426 χ 10-12 Μ). Αυτό δεν είναι, φυσικά, ένα πραγματικό μήκος κύματος, αλλά πραγματικά μια σταθερά αναλογικότητας για τη μετατόπιση του μήκους κύματος.
Γιατί αυτό υποστηρίζει τα φωτόνια;
Αυτή η ανάλυση και η εξαγωγή βασίζονται στην προοπτική των σωματιδίων και τα αποτελέσματα είναι εύκολο να ελεγχθούν. Κοιτάζοντας την εξίσωση, γίνεται σαφές ότι ολόκληρη η στροφή μπορεί να μετρηθεί καθαρά από την άποψη της γωνίας με την οποία το φωτόνιο παίρνει διάσπαρτα. Όλα τα υπόλοιπα στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης είναι σταθερά. Τα πειράματα δείχνουν ότι αυτό συμβαίνει, δίνοντας μεγάλη υποστήριξη στην ερμηνεία φωτός του φωτονίου.
Επεξεργάστηκε από Anne Marie Helmenstine, Ph. D.