Эффект Комптона

Физика > Эффект Комптона

 

Изучите сокращение энергии фотона при эффекте Комптона в рассеянии заряженной частицы. Рассмотрите поведение фотонов света, формула и схема рассеяния.

Речь идет о сокращении энергии фотона в процессе рассеяния свободной заряженной частицы.

Задача обучения

• Разобраться в том, почему рассеяние Комптона выступает неупругим.

Основные пункты

• Комптоновское рассеяние – лишено упругости, потому что длина волны рассеянного света отличается от поступающего.
• Эффект Комптона демонстрирует, что свет нельзя объяснить только как волновое явление. Для эффекта он должен вести себя как частица.
• После эксперимента Комптона ученые убедились, что свет способен вести себя как частичка (кванты), чья энергия выступает пропорциональной частоте.

Термины

• Рассеяние Томпсона – упругий вариант рассеяния ЭМ-лучей свободно заряженной частицы.
• Неупругое рассеяние – фундаментальный процесс, где кинетическая энергия поступающей частички не сберегается.
• Доплеровский сдвиг – перемена частоты волны для наблюдателя, смещающегося по отношению к источнику.

Рассеяние Комптона – неупругое рассеяние фотона в свободной частичке с зарядом. Приводит к сокращению энергии – эффект Комптона. Энергетическая часть фотона транспортируется к рассеянному электрону. Есть также и обратное комптоновское рассеяние – когда заряженная частичка передает часть энергии фотону.

В процессе сберегается энергия и импульс, что приводит к уменьшению рассеянного фотона. Изучив эффект, Комптон подтвердил, что фотоны обладают импульсом

Комптоновское рассеяние лишено упругости, так как длина волны рассеянного света отличается от поступившего. Но происхождение эффекта можно воспринимать как упругий удар фотона и электрона. Величина перемены волновой длины – комптоновский сдвиг.

Эффект Комптона важен, потому что показывает, что свет нельзя объяснить только как волновой феномен. К примеру, рассеяние Томпсона (классическая теория) не может разъяснить сдвиги низкой интенсивности в волновой длине: классический свет с достаточной интенсивностью приведет к отдаче от радиационного давления. Но эффект будет крайне малым при низких интенсивностях света.

Свет обязан вести себя так, словно состоит из частичек. После эксперимента Комптона физики убедились, что поведение света может походить на квантовое, а энергия выступает пропорциональной частоте.

---