Hva er Compton-effekten?

Compton-effekten er overføring av energi fra lys og annen elektromagnetisk stråling, for eksempel røntgenstråler og gammastråler, til stasjonære subatomære partikler som elektroner. Denne observerbare effekten gir troverdighet til teorien om at lys består av partikler som kalles fotoner. Den overførte energien er målbar, og samhandlingen samsvarer med lovene om bevaring av energi. Det vil si at den kombinerte energien til fotonet og elektronet før kollisjonen er lik den kombinerte energien til de to partiklene etter kollisjonen. Et sekundært, og beslektet, resultat av kollisjonen av fotoner og elektroner er kjent som Compton-spredning, som blir observert som en endring i retning av fotonene etter kollisjonen, samt en endring i deres bølgelengde.

På begynnelsen av det 20. århundre, bemerket fysiker, Max Planck, teoretiserte at elektromagnetisk energi, så som synlig lys og annen stråling, var sammensatt av individuelle energipakker kalt fotoner. Disse pakkene skulle videre være uten masse, men ha individuelle natur og til tider oppføre seg som og dele visse egenskaper med andre subatomære partikler med observerbare masser. En serie eksperimenter og beregninger resulterte i aksept av denne teorien, og da Compton-effekten - spredning av elektroner på grunn av deres absorpsjon av energi fra fotoner - ble observert og registrert av fysikeren Arthur Holly Compton i 1923, ble Plancks teori ytterligere styrket.

Comptons arbeid med fenomenet som ble kjent som Compton-effekten senere fikk ham Nobelprisen i fysikk. Compton observerte at fotoner kunne gi energi til subatomære partikler som elektroner, noe som fikk dem til å spre seg eller bevege seg fra sine opprinnelige posisjoner. Under visse forhold kan dette føre til at elektronene skilles fra foreldermolekylene, ioniserer dem, eller endrer deres netto elektriske ladning fra nøytral til positiv ved å fjerne det negativt ladede elektronet.

Han observerte videre at fotonet etter kollisjonen viste en økning i bølgelengde, et direkte resultat av dets tap av energi til elektronet og relatert til avbøyningsvinkelen i dens retningsendring, som er kjent som Compton-spredning. Dette forholdet er definert av en ligning kjent som Compton-formelen. En vanlig analogi som brukes til å forklare Compton-effekten, er å slå en klynge av stasjonære biljardkuler av en bevegelig kulekule. Cue ball overfører noe hvis det er energi til de andre ballene, som sprer seg når cue ball beveger seg i en annen retning med redusert hastighet. Mens lys har en konstant hastighet, er den reduserte hastigheten til kulekulen analog med fotonens lavere energitilstand etter kollisjon med et elektron, som vises med sin lengre bølgelengde snarere enn redusert hastighet.