Compton-ov efekt (koji se naziva i Compton raspršivanje) rezultat je visoke energije foton sudara se s metom, koja oslobađa lagano vezane elektroni iz vanjske ljuske atoma ili molekule. Raspršena zračenja doživljava pomak valne duljine koji se ne može objasniti u smislu klasične teorije valova, te joj stoga pruža podršku Einstein teorija fotona. Vjerojatno najvažnija implikacija učinka je ta što se pokazalo da se svjetlost ne može u potpunosti objasniti u skladu s valnim pojavama. Raspršivanje komtona jedan je primjer vrste neelastičnog raspršivanja svjetlosti naelektrisanom česticom. Dolazi i do nuklearnog raspršivanja, iako se Compton-ov efekt obično odnosi na interakciju s elektronima.
Učinak je prvi pokazao 1923. Arthur Holly Compton (za koji je dobio 1927.) Nobelova nagrada iz fizike). Comptonov diplomski student, Y.H. Woo, kasnije su provjerili učinak.
Kako djeluje Compton Scattering
Raspršenost je prikazana na slici. Visokoenergetski foton (općenito rendgenski ili gama zračenja) sudara se s metom koja u svojoj vanjskoj ljusci ima slabo vezane elektrone. Incident foton ima sljedeću energiju
E i linearni zamah p:E = hc / Àp = E / c
Foton daje dio svoje energije jednom od gotovo slobodnih elektrona, u obliku kinetička energija, kako se i očekivalo u sudaru čestica. Znamo da se ukupna energija i linearni zamah moraju sačuvati. Analizirajući ove odnose energije i momenta za foton i elektron, na kraju imate tri jednadžbe:
- energija
- x-komponenta
- y-komponenta
... u četiri varijable:
- fi, kut raspršivanja elektrona
- teta, kut raspršivanja fotona
- Ee, konačna energija elektrona
- E', konačna energija fotona
Ako nam je stalo samo do energije i smjera fotona, tada se varijable elektrona mogu tretirati kao konstante, što znači da je moguće riješiti sustav jednadžbi. Kombinirajući ove jednadžbe i koristeći neke algebarske trikove za uklanjanje varijabli, Compton je došao do sljedeće jednadžbe (koje su očito povezane, budući da su energija i valna duljina povezane fotona):
1 / E' - 1 / E = 1/( mec2) * (1 - cos teta)À' - À = h/(mec) * (1 - cos teta)
Vrijednost h/(mec) naziva se Komptonska valna duljina elektrona i ima vrijednost 0,002426 nm (ili 2,426 x 10-12 m). To, naravno, nije stvarna valna duljina, već stvarno konstanta proporcionalnosti za pomak valne duljine.
Zašto ovo podržava fotone?
Ova analiza i izvođenje temelje se na perspektivi čestica, a rezultate je lako testirati. Gledajući jednadžbu, postaje jasno da se cijeli pomak može mjeriti čisto u odnosu na kut pod kojim se foton raspršuje. Sve ostalo na desnoj strani jednadžbe je konstanta. Eksperimenti pokazuju da je to slučaj, što daje veliku potporu fotonskoj interpretaciji svjetlosti.
Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.