Wat is het Compton-effect?

Het Compton-effect is de overdracht van energie van licht en andere elektromagnetische straling, zoals röntgenstralen en gammastralen, naar stationaire subatomaire deeltjes zoals elektronen. Dit waarneembare effect geeft geloof aan de theorie dat licht bestaat uit deeltjes die fotonen worden genoemd. De overgedragen energie is meetbaar en de interactie is in overeenstemming met de wetten van behoud van energie. Dat wil zeggen dat de gecombineerde energie van het foton en het elektron vóór de botsing gelijk is aan de gecombineerde energie van de twee deeltjes na de botsing. Een secundair en gerelateerd resultaat van de botsing van fotonen en elektronen staat bekend als Compton-verstrooiing, die wordt waargenomen als een verandering in de richting van de fotonen na de botsing, evenals een verandering in hun golflengte.

In het begin van de 20e eeuw, theoreticus Max Planck, theoretiseerde dat elektromagnetische energie, zoals zichtbaar licht en andere straling, was samengesteld uit individuele pakketten van energie genaamd fotonen. Deze pakketten werden verder verondersteld zonder massa te zijn maar individuele aard te hebben en zich soms te gedragen als en bepaalde eigenschappen te delen met andere subatomaire deeltjes met waarneembare massa. Een reeks experimenten en berekeningen resulteerde in acceptatie van deze theorie, en toen het Compton-effect - de verstrooiing van elektronen vanwege hun absorptie van energie uit fotonen - werd waargenomen en vastgelegd door fysicus Arthur Holly Compton in 1923, werd de theorie van Planck verder versterkt.

Compton's werk aan het fenomeen dat bekend werd als het Compton-effect leverde hem later de Nobelprijs voor de natuurkunde op. Compton merkte op dat fotonen energie aan subatomaire deeltjes zoals elektronen konden geven, waardoor ze zich konden verspreiden of van hun oorspronkelijke posities konden weggaan. Onder bepaalde omstandigheden kan dit ertoe leiden dat de elektronen worden gescheiden van hun moedermoleculen, ze ioniseren of hun netto elektrische lading van neutraal naar positief veranderen door het negatief geladen elektron te verwijderen.

Hij merkte verder op dat het foton na de botsing een toename in golflengte vertoonde, een direct gevolg van zijn verlies van energie aan het elektron en gerelateerd aan de afbuigingshoek in zijn richtingverandering, die bekend staat als Compton-verstrooiing. Deze relatie wordt gedefinieerd door een vergelijking die bekend staat als de Compton-formule. Een veel voorkomende analogie die wordt gebruikt om het Compton-effect te verklaren, is het slaan van een cluster van stationaire biljartballen door een bewegende speelbal. De speelbal geeft wat van zijn energie aan de andere ballen, die zich verspreiden terwijl de speelbal in een andere richting beweegt met een verminderde snelheid. Terwijl licht een constante snelheid heeft, is de verminderde snelheid van de speelbal analoog aan de lagere energietoestand van het foton na een botsing met een elektron, dat wordt getoond door zijn langere golflengte in plaats van gereduceerde snelheid.