Co je Comptonův efekt?

Comptonův efekt je přenos energie ze světla a jiného elektromagnetického záření, jako jsou rentgenové a gama paprsky, do stacionárních subatomárních částic, jako jsou elektrony. Tento pozorovatelný účinek dává věrohodnosti teorii, že světlo je tvořeno částicemi nazývanými fotony. Přenesená energie je měřitelná a interakce je v souladu se zákony zachování energie. To znamená, že kombinovaná energie fotonu a elektronu před srážkou se rovná kombinované energii dvou částic po srážce. Sekundární a příbuzný výsledek kolize fotonů a elektronů je známý jako Comptonův rozptyl, který je pozorován jako změna směru fotonů po kolizi, jakož i změna jejich vlnové délky.

Na začátku 20. století, známý fyzik Max Planck, teoretizoval, že elektromagnetická energie, jako je viditelné světlo a jiné záření, byla složena z jednotlivých paketů energie zvaných fotony. Tyto balíčky měly dále být bez hmoty, ale měly individuální povahu a občas se chovat podobně a sdílet určité vlastnosti s jinými subatomickými částicemi s pozorovatelnými hmotami. Řada experimentů a výpočtů vyústila v přijetí této teorie, a když byl v roce 1923 pozorován a zaznamenán Comptonův efekt - rozptyl elektronů v důsledku jejich absorpce energie z fotonů - a zaznamenán fyzikem Arthurem Holly Comptonem, Planckova teorie byla dále posílena.

Comptonova práce na jevu, který se stal známým jako Comptonův efekt, mu později získal Nobelovu cenu za fyziku. Compton pozoroval, že fotony mohou dodávat energii subatomovým částicím, jako jsou elektrony, způsobit jejich rozptýlení nebo odklon od jejich původních pozic. Za určitých podmínek to může způsobit oddělení elektronů od jejich mateřských molekul, jejich ionizaci nebo změnu jejich čistého elektrického náboje z neutrálního na pozitivní odstraněním negativně nabitého elektronu.

Dále poznamenal, že po kolizi foton vykazoval nárůst vlnové délky, přímý výsledek jeho ztráty energie pro elektron a související s úhlem vychýlení ve změně směru, který je známý jako Comptonův rozptyl. Tento vztah je definován rovnicí známou jako Comptonův vzorec. Běžná analogie, která pomáhá vysvětlit Comptonův efekt, je stávkující shluk stacionárních kulečníkových koulí pohybující se kuličkou. Kuličková koule dává nějaké, pokud její energie, dalším kuličkám, které se rozptylují, když se kulička pohybuje v jiném směru sníženou rychlostí. Zatímco světlo má konstantní rychlost, snížená rychlost cue koule je analogická nižšímu energetickému stavu fotonu po střetu s elektronem, který se projevuje spíše svou delší vlnovou délkou než sníženou rychlostí.