Comptonov efekt (nazývaný tiež Comptonov rozptyl) je výsledkom vysokej energie fotón zrážka s cieľom, ktorý uvoľní voľne viazaný elektróny z vonkajšieho obalu atómu alebo molekuly. Rozptýlené žiarenie zažije posun vlnových dĺžok, ktorý nemožno vysvetliť z hľadiska teórie klasických vĺn, čo mu poskytuje podporu Einstein fotónová teória. Pravdepodobne najdôležitejším dôsledkom účinku je to, že ukázalo, že svetlo sa nedalo úplne vysvetliť podľa vlnových javov. Comptonov rozptyl je jedným príkladom typu neelastického rozptylu svetla nabitou časticou. Vyskytuje sa tiež jadrový rozptyl, hoci Comptonov efekt sa zvyčajne týka interakcie s elektrónmi.
Účinok bol prvýkrát preukázaný v roku 1923 Arthur Holly Compton (pre ktorý dostal 1927) nobelová cena vo fyzike). Comptonov postgraduálny študent, Y.H. Woo, neskôr overil účinok.
Ako funguje Compton Scattering
Rozptyl je znázornený na obrázku. Vysokoenergetický fotón (obvykle röntgenový alebo gama) sa zráža s cieľom, ktorý má vo svojom vonkajšom obale voľne viazané elektróny. Dopadajúci fotón má nasledujúcu energiu E a lineárna hybnosť p:
E = hc / lambdap = E / C
Fotón dodáva časť svojej energie jednému z takmer voľných elektrónov vo forme Kinetická energia, ako sa očakávalo pri zrážke častíc. Vieme, že celková energia a lineárna dynamika sa musia zachovať. Analýzou týchto vzťahov medzi energiou a hybnosťou pre fotón a elektrón skončíte s tromi rovnicami:
- energie
- X-komponentná hybnosť
- y-komponentná hybnosť
... v štyroch premenných:
- fí, uhol rozptylu elektrónu
- theta, uhol rozptylu fotónu
- Ee, konečná energia elektrónu
- E', konečná energia fotónu
Ak nám záleží iba na energii a smere fotónu, potom je možné s elektrónovými premennými zaobchádzať ako s konštantami, čo znamená, že je možné vyriešiť systém rovníc. Kombináciou týchto rovníc a použitím niektorých algebraických trikov na elimináciu premenných prišiel Compton nasledujúce rovnice (ktoré sú evidentne príbuzné, pretože energia a vlnová dĺžka súvisia s fotóny):
1 / E' - 1 / E = 1/( meC2) * (1 - cos theta)lambda' - lambda = hod/(meC) * (1 - cos theta)
Hodnota hod/(meC) sa nazýva Comptonova vlnová dĺžka elektrónu a má hodnotu 0,002426 nm (alebo 2,426 x 10)-12 m). Toto samozrejme nie je skutočná vlnová dĺžka, ale v skutočnosti konštanta proporcionality pre posun vlnovej dĺžky.
Prečo to podporuje fotóny?
Táto analýza a odvodenie sú založené na perspektíve častíc a výsledky sa dajú ľahko testovať. Pri pohľade na rovnicu je zrejmé, že celý posun sa dá merať čisto z hľadiska uhla, v ktorom sa rozptyľuje fotón. Všetko ostatné na pravej strane rovnice je konštanta. Experimenty ukazujú, že je to tak, čo veľmi podporuje fotónovú interpretáciu svetla.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.