Vad är Compton-effekten?

Compton-effekten är överföring av energi från ljus och annan elektromagnetisk strålning, som röntgenstrålar och gammastrålar, till stationära subatomära partiklar som elektroner. Denna observerande effekt ger trovärdighet till teorin om att ljus består av partiklar som kallas fotoner. Den överförda energin är mätbar och samspelet överensstämmer med lagarna om bevarande av energi. Det vill säga fotonens och elektronens kombinerade energi före kollisionen är lika med den kombinerade energin hos de två partiklarna efter kollisionen. Ett sekundärt och relaterat resultat av kollisionen mellan fotoner och elektroner kallas Compton-spridning, som observeras som en förändring i fotonens riktning efter kollisionen samt en förändring i deras våglängd.

I början av 20-talet, konstaterade fysiker Max Planck, teoretiserade att elektromagnetisk energi, såsom synligt ljus och annan strålning, var sammansatt av enskilda energipaket som kallas fotoner. Dessa paket skulle vidare vara utan massa utan att ha enskilda naturer och ibland att bete sig som och dela vissa egenskaper med andra subatomära partiklar med observerbara massor. En serie experiment och beräkningar resulterade i acceptans av denna teori, och när Compton-effekten - spridningen av elektroner på grund av deras absorption av energi från fotoner - observerades och registrerades av fysikern Arthur Holly Compton 1923 förstärktes Plancks teori ytterligare.

Comptons arbete med fenomenet som blev känt som Compton-effekten fick senare Nobelpriset i fysik. Compton observerade att fotoner kunde förmedla energi till subatomära partiklar som elektroner, vilket fick dem att spridas eller röra sig från sina ursprungliga positioner. Under vissa förhållanden kan detta leda till att elektronerna separeras från sina modermolekyler, joniserar dem eller ändrar deras nettoelektriska laddning från neutral till positiv genom att ta bort den negativt laddade elektron.

Han observerade vidare att efter kollisionen uppvisade fotonen en ökning av våglängden, ett direkt resultat av dess energiförlust till elektronen och relaterade till avböjningsvinkeln i dess riktningsförändring, som kallas Compton-spridning. Detta förhållande definieras av en ekvation som kallas Compton-formeln. En vanlig analogi som används för att förklara Compton-effekten är slående av ett kluster av stationära biljardbollar med en rörlig köboll. Cue bollen förmedlar en del om dess energi till de andra bollarna, som sprids när cue bollen rör sig i en annan riktning med reducerad hastighet. Medan ljuset har en konstant hastighet, är den reducerade hastigheten för bollkulan analog med fotonets lägre energitillstånd efter att ha kolliderat med en elektron, som visas med dess längre våglängd snarare än reducerad hastighet.