Hvad er Compton-effekten?

Compton-effekten er overførsel af energi fra lys og anden elektromagnetisk stråling, såsom røntgenstråler og gammastråler, til stationære subatomære partikler, såsom elektroner. Denne observerbare effekt giver troværdighed til teorien om, at lys består af partikler kaldet fotoner. Den overførte energi er målbar, og interaktionen er i overensstemmelse med lovgivningen om energibesparelse. Det vil sige den kombinerede energi fra fotonen og elektronet inden kollisionen er lig med den kombinerede energi fra de to partikler efter kollisionen. Et sekundært og beslægtet resultat af kollisionen mellem fotoner og elektroner er kendt som Compton-spredning, som ses som en ændring i retning af fotonerne efter kollisionen samt en ændring i deres bølgelængde.

I det tidlige 20. århundrede, bemærkede fysikeren, Max Planck, teoretiserede, at elektromagnetisk energi, såsom synligt lys og anden stråling, var sammensat af individuelle energipakker kaldet fotoner. Disse pakker skulle endvidere være uden masse men have individuelle natur og til tider at opføre sig som og dele visse egenskaber med andre subatomære partikler med observerbare masser. En række eksperimenter og beregninger resulterede i accept af denne teori, og da Compton-effekten - spredning af elektroner på grund af deres absorption af energi fra fotoner - blev observeret og registreret af fysiker Arthur Holly Compton i 1923, blev Plancks teori yderligere styrket.

Comptons arbejde med det fænomen, der blev kendt som Compton-effekten, gav ham senere Nobelprisen i fysik. Compton observerede, at fotoner kunne overføre energi til subatomære partikler, såsom elektroner, hvilket får dem til at sprede sig eller bevæge sig væk fra deres oprindelige positioner. Under visse betingelser kan dette medføre, at elektronerne adskilles fra deres modermolekyler, ioniserer dem eller ændrer deres nettoelektriske ladning fra neutral til positiv ved at fjerne det negativt ladede elektron.

Han observerede endvidere, at efter kollisionen udviste fotonen en stigning i bølgelængde, et direkte resultat af dets energitab til elektronet og relateret til afbøjningsvinklen i dens retningsændring, der er kendt som Compton-spredning. Dette forhold er defineret ved en ligning kendt som Compton-formlen. En almindelig analog, der bruges til at forklare Compton-effekten, er at slå en klynge stationære billardkugler ved hjælp af en bevægelig købold. Cue-kuglen overfører nogle, hvis dens energi til de andre kugler, som spreder sig, når cue-kuglen bevæger sig i en anden retning med en reduceret hastighed. Mens lyset har en konstant hastighed, er den reducerede hastighed af cue-kuglen analog med fotonens lavere energitilstand efter kollision med et elektron, der udstilles ved dens længere bølgelængde snarere end reduceret hastighed.