Qual è l'effetto Compton?
L'effetto Compton è il trasferimento di energia dalla luce e altre radiazioni elettromagnetiche, come i raggi X e i raggi gamma, alle particelle subatomiche stazionarie come gli elettroni. Questo effetto osservabile dà credito alla teoria secondo cui la luce è composta da particelle chiamate fotoni. L'energia trasferita è misurabile e l'interazione è conforme alle leggi di conservazione dell'energia. Cioè, l'energia combinata del fotone e dell'elettrone prima della collisione è uguale all'energia combinata delle due particelle dopo la collisione. Un risultato secondario, e correlato, della collisione di fotoni ed elettroni è noto come scattering Compton, che viene osservato come un cambiamento nella direzione dei fotoni dopo la collisione, nonché un cambiamento nella loro lunghezza d'onda.
All'inizio del XX secolo, il noto fisico Max Planck, teorizzò che l'energia elettromagnetica, come la luce visibile e altre radiazioni, era composta da singoli pacchetti di energia chiamati fotoni. Si supponeva inoltre che questi pacchetti fossero privi di massa ma che avessero natura individuale e, a volte, si comportassero come e condividessero determinate proprietà con altre particelle subatomiche con masse osservabili. Una serie di esperimenti e calcoli portarono all'accettazione di questa teoria e quando l'effetto Compton - lo scattering degli elettroni dovuto al loro assorbimento di energia dai fotoni - fu osservato e registrato dal fisico Arthur Holly Compton nel 1923, la teoria di Planck fu ulteriormente rafforzata.
Il lavoro di Compton sul fenomeno che divenne noto come effetto Compton in seguito gli valse il premio Nobel per la fisica. Compton osservò che i fotoni potevano impartire energia a particelle subatomiche come gli elettroni, facendoli disperdere o allontanarsi dalle loro posizioni originali. In determinate condizioni, ciò può causare la separazione degli elettroni dalle molecole madri, la loro ionizzazione o la modifica della loro carica elettrica netta da neutra a positiva rimuovendo l'elettrone caricato negativamente.
Ha inoltre osservato che dopo la collisione, il fotone ha mostrato un aumento della lunghezza d'onda, un risultato diretto della sua perdita di energia per l'elettrone e correlato all'angolo di deflessione nel suo cambio di direzione, noto come scattering Compton. Questa relazione è definita da un'equazione nota come formula di Compton. Un'analogia comune usata per aiutare a spiegare l'effetto Compton è colpire un ammasso di palle da biliardo stazionarie da una pallina mobile. La stecca impartisce un po 'se la sua energia alle altre palline, che si disperdono mentre la stecca si muove in un'altra direzione a velocità ridotta. Mentre la luce ha una velocità costante, la velocità ridotta della pallina è analoga allo stato di energia inferiore del fotone dopo lo scontro con un elettrone, che si manifesta con la sua lunghezza d'onda più lunga anziché con la velocità ridotta.