Efekt Comptona

Efekt Comptona, zjawisko Comptona jest to zjawisko rozpraszania kwantów promieniowania γ (gamma) oraz kwantów promieniowania rentgenowskiego na elektronach swobodnych lub słabo związanych. W wyniku rozpraszania kwant obniża swoją energię i zmienia kierunek rozchodzenia się. W wyniku zderzenia z kwantem promieniowania elektron uzyskuje energię kinetyczną, a długość fali fotonu zmienia się o wartość:

gdzie:

Δγ - przyrost długości fali fotonu - to tak zwane przesunięcie komptonowskie,

h - stała Plancka,

m_e - masa spoczynkowa elektronu,

c - prędkość światła,

Θ - kąt rozproszenia kwantu.

Efekt ma największe znaczenie przy energiach rzędu 0,5 MeV.

Znaczenie zjawiska Comptona

Zjawiska Comptona nie dało się wyjaśnić na gruncie klasycznej teorii falowej. Podobnie jak w zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym wyjaśnienie opierało się na założeniu, że światło ma charakter kwantowy. Doświadczenie potwierdza, że istnieją fotony jako skończone kwanty (porcje) energii.

Kwanty światła rozpraszają się w zderzeniach z pojedynczymi elektronami. Zarówno przed, jak i po zderzeniu zachowują się jak klasyczne cząstki, czyli strumień fotonów. Jednocześnie jednak w tym samym doświadczeniu pomiar energii (długości fali) rozproszonego promieniowania opierał się o wykorzystanie jego falowej natury (dyfrakcja).

Doświadczenie Comptona było pierwszym, a dziś jednym z najbardziej eleganckich doświadczeń, które demonstrują korpuskularną naturę promieniowania elektromagnetycznego.

Wkrótce dualizm korpuskularno-falowy stał się powszechnie uznaną koncepcją.

Inne zagadnienia z tej lekcji

Fizyka klasyczna a kwantowa

Mechanika kwantowa zajmuje się ruchem mikrocząstek i stanowi podstawę dla fizyki cząstek elementarnych, atomu, fizyki jądrowej, fizyki ciała stałego, chemii, astrofizyki. Mechanika zrywa z determinizmem, tak powszechnym w mechanice klasycznej.

Efekt fotoelektryczny

Efekt fotoelektryczny lub zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, fotoemisja elektronowa jest to zjawisko emisji elektronów z powierzchni metali pod wpływem światła (fali elektromagnetycznej) o odpowiedniej częstotliwości.

Dualizm korpuskularno-falowy

Światło i w ogóle fala elektromagnetyczna wykazuje dwoistość natury, czyli dualizm. Czasem zachowuje się jak cząstki materii, a znów innym razem jak fala.

Foton

Foton to kwant promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła widzialnego. To pewna porcja światła. Foton jest cząstką elementarną, poruszającą się z prędkością światła o masie spoczynkowej równej zeru.

Fale de Broglie'a

W 1924 roku Luis de Broglie wysunął hipotezę, że dualizm korpuskularno-falowy dotyczy także cząstek materialnych. Czy zatem fale materii istnieją? Uczony założył, że nie ma powodu, dla którego wzór na pęd fotonów nie można by było zastosować dla cząstek materialnych - o ile uda się doświadczalnie potwierdzić falistą strukturę materii.

Zasada nieoznaczoności

Iloczyn niepewności pary wielkości fizycznych, które są kanonicznie sprzężone, jest nie mniejszy niż stała Plancka.