Эффект Комптона (также называемый комптоновским рассеянием) является результатом высокой энергии фотон сталкивается с целью, которая выпускает слабо связанные электроны из внешней оболочки атома или молекулы. Рассеянное излучение испытывает сдвиг длины волны, который не может быть объяснен в терминах классической волновой теории, таким образом, оказывая поддержку Эйнштейна теория фотонов. Вероятно, наиболее важным следствием эффекта является то, что он показал, что свет не может быть полностью объяснен в соответствии с волновыми явлениями. Комптоновское рассеяние является одним из примеров неупругого рассеяния света заряженной частицей. Ядерное рассеяние также происходит, хотя эффект Комптона обычно относится к взаимодействию с электронами.
Эффект был впервые продемонстрирован в 1923 году Артуром Холли Комптоном (за что он получил 1927 Нобелевская премия по физике). Аспирант Комптона, Ю.Х. Ву, позже проверил эффект.
Как работает комптоновское рассеяние
Рассеяние демонстрируется изображенным на диаграмме. Высокоэнергетический фотон (обычно рентген или
гамма-луч) сталкивается с целью, которая имеет слабо связанные электроны в своей внешней оболочке. Падающий фотон имеет следующую энергию Е и линейный импульс п:Е = Нс / лямбдап = Е / с
Фотон отдает часть своей энергии одному из почти свободных электронов в форме кинетическая энергия, как и ожидалось при столкновении частиц. Мы знаем, что полная энергия и линейный импульс должны быть сохранены. Анализируя эти отношения энергии и импульса для фотона и электрона, вы получаете три уравнения:
- энергия
- Икс-компонентный импульс
- Y-компонентный импульс
... в четырех переменных:
- фитаугол рассеяния электрона
- тетаугол рассеяния фотона
- Ее, конечная энергия электрона
- Е', конечная энергия фотона
Если мы заботимся только об энергии и направлении фотона, то электронные переменные можно рассматривать как константы, что означает, что можно решить систему уравнений. Объединив эти уравнения и используя некоторые алгебраические приемы для исключения переменных, Комптон пришел к следующие уравнения (которые, очевидно, связаны, так как энергия и длина волны связаны с фотоны):
1 / Е' - 1 / Е = 1/( мес2) * (1 - стоимость тета)лямбда' - лямбда = час/(мес) * (1 - стоимость тета)
Значение час/(мес) называется Комптоновская длина волны электрона и имеет значение 0,002426 нм (или 2,426 х 10-12 м). Это, конечно, не фактическая длина волны, но на самом деле константа пропорциональности для сдвига длины волны.
Почему это поддерживает фотоны?
Этот анализ и вывод основаны на перспективе частиц, и результаты легко проверить. Глядя на уравнение, становится ясно, что весь сдвиг может быть измерен исключительно в терминах угла, под которым рассеивается фотон. Все остальное в правой части уравнения является константой. Эксперименты показывают, что это так, оказывая большую поддержку фотонной интерпретации света.
Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии