A Compton-effektus (más néven Compton-szórás) nagy energiafelhasználás eredménye foton ütközik egy célponttal, amely lazán megkötve szabadul fel elektronok az atom vagy a molekula külső héjából. A szórt sugárzás olyan hullámhossz-eltolódást tapasztal, amelyet a klasszikus hullámelmélettel nem lehet megmagyarázni, és ezáltal támogatást nyújt Einstein fotonelmélet. A hatás valószínűleg a legfontosabb következménye az, hogy azt mutatta, hogy a fény nem volt teljesen magyarázható hullámjelenségek alapján. A komptonszórás egy példa a töltött részecske által a rugalmatlanság eloszlására. Nukleáris szétszóródás is előfordul, bár a Compton-effektus általában az elektronokkal való interakcióra utal.
A hatást 1923-ban mutatta be először Arthur Holly Compton (akinek 1927-es kamatot kapott) Nóbel díj a fizikában). Compton végzős hallgatója, Y.H. Woo, később ellenőrizte a hatást.
Hogyan működik a Compton szórás?
A szétszóródást a diagram mutatja. Nagy energiájú foton (általában röntgen vagy gamma sugár
) egy olyan célponttal ütközik, amelynek külső héjában lazán kötött elektronok vannak. Az esetleges foton a következő energiával rendelkezik E és lineáris lendület p:E = hc / lambdap = E / c
A foton energiájának egy részét a szinte szabad elektronok egyikének adja kinetikus energia, a részecske-ütközés során várhatóan. Tudjuk, hogy a teljes energiát és a lineáris lendületet meg kell őrizni. Ezeket az foton- és elektron-energia- és impulzus-kapcsolatokat elemezve három egyenlettel jár:
- energia
- x-komponens lendület
- y-komponens lendület
... négy változóban:
- phi, az elektron szórási szöge
- theta, a foton szórási szöge
- Ee, az elektron végső energiája
- E', a foton végső energiája
Ha csak a foton energiájáról és irányáról törődünk, akkor az elektronváltozókat állandóként lehet kezelni, ami azt jelenti, hogy megoldható az egyenletrendszer. Ezen egyenletek kombinálásával és néhány algebrai trükkövel a változók kiküszöbölésére Compton érkezett a következő egyenletek (amelyek nyilvánvalóan összefüggenek, mivel az energia és a hullámhossz összefüggésben vannak fotonok):
1 / E' - 1 / E = 1/( mec2) * (1 - cos theta)lambda' - lambda = h/(mec) * (1 - cos theta)
Az érték h/(mec) neve Az elektron kompton hullámhossza és értéke 0,002426 nm (vagy 2,426 x 10-12 m). Ez természetesen nem a tényleges hullámhossz, hanem a hullámhossz-eltolás arányos állandója.
Miért támogatja ez a fotonokat?
Ez az elemzés és a deriválás részecske-perspektíva alapján történik, és az eredményeket könnyű tesztelni. Az egyenletet tekintve világossá válik, hogy a teljes eltolódás pusztán a foton szétszóródásának szöge alapján mérhető. Az egyenlet jobb oldalán minden más állandó. A kísérletek azt mutatják, hogy ez a helyzet, nagy támogatást nyújtva a fény fotonikus értelmezéséhez.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.