Co to jest efekt Comptona?
Efekt Comptona to przeniesienie energii ze światła i innego promieniowania elektromagnetycznego, takiego jak promieniowanie rentgenowskie i gamma, na stacjonarne cząstki subatomowe, takie jak elektrony. Ten obserwowalny efekt potwierdza wiarygodność teorii, że światło składa się z cząstek zwanych fotonami. Przenoszona energia jest mierzalna, a interakcja jest zgodna z prawami zachowania energii. Oznacza to, że łączna energia fotonu i elektronu przed zderzeniem jest równa łącznej energii dwóch cząstek po zderzeniu. Wtórny i związany z tym wynik zderzenia fotonów i elektronów jest znany jako rozpraszanie Comptona, które obserwuje się jako zmianę kierunku fotonów po zderzeniu, a także zmianę ich długości fali.
Na początku XX wieku znany fizyk Max Planck wysunął teorię, że energia elektromagnetyczna, taka jak światło widzialne i inne promieniowanie, składa się z pojedynczych pakietów energii zwanych fotonami. Paczki te miały ponadto być bez masy, ale mieć indywidualną naturę, a czasami zachowywać się i mieć pewne właściwości z innymi cząsteczkami subatomowymi o obserwowalnych masach. Seria eksperymentów i obliczeń doprowadziła do przyjęcia tej teorii, a kiedy efekt Comptona - rozproszenie elektronów z powodu ich absorpcji energii z fotonów - został zaobserwowany i zarejestrowany przez fizyka Arthura Holly'ego Comptona w 1923 r., Teoria Plancka została dodatkowo wzmocniona.
Praca Comptona nad zjawiskiem, które stało się znane jako efekt Comptona, przyniosła mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Compton zauważył, że fotony mogą przekazywać energię cząstkom subatomowym, takim jak elektrony, powodując ich rozproszenie lub odejście od pierwotnego położenia. W pewnych warunkach może to spowodować oddzielenie elektronów od ich macierzystych cząsteczek, jonizację ich lub zmianę ich ładunku elektrycznego netto z neutralnego na dodatni poprzez usunięcie elektronu naładowanego ujemnie.
Zauważył ponadto, że po zderzeniu foton wykazywał wzrost długości fali, co jest bezpośrednim wynikiem utraty energii do elektronu i związane z kątem odchylenia w jego zmianie kierunku, co jest znane jako rozpraszanie Comptona. Zależność ta jest zdefiniowana równaniem znanym jako wzór Comptona. Popularną analogią używaną do wyjaśnienia efektu Comptona jest uderzenie klastra nieruchomych piłek bilardowych przez poruszającą się bilę. Kula przekazuje swoją energię innym kulom, które rozpraszają się, gdy kula porusza się w innym kierunku ze zmniejszoną prędkością. Podczas gdy światło ma stałą prędkość, zmniejszona prędkość kulki jest analogiczna do niższego stanu energetycznego fotonu po zderzeniu z elektronem, który przejawia się raczej przez większą długość fali niż zmniejszoną prędkość.