Эффект Комптона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
 Просмотр этого шаблона  Квантовая механика
\Delta x\cdot\Delta p_x \geqslant \frac{\hbar}{2}
Принцип неопределённости
Введение
Математические основы
См. также: Портал:Физика

Эффе́кт Ко́мптона (Ко́мптон-эффе́кт, ко́мптоновское рассе́яние) — некогерентное рассеяние фотонов на свободных электронах. Эффект сопровождается изменением частоты фотонов, часть энергии которых после рассеяния передается электронам. Обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году в экспериментах с рентгеновским излучением. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

Теория эффекта Комптона[править | править исходный текст]

Иллюстрация к эффекту Комптона. Излучение с длиной волны \lambda направлено слева направо. После взаимодействия с электроном оно меняет длину волны на \lambda', а направление на угол \ \theta относительно первоначального направления. Стрелкой указано направление движения электрона, с которым провзаимодействовал фотон.

При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона \ \nu и \ \nu' (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:

\nu'=\nu\;{1\over {1 + {h\nu\over {m_ec^2}}(1-\cos\theta)}},

где \ \theta — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).

Перейдя к длинам волн:

\ \lambda'-\lambda=\lambda_k(1-\cos\theta),

где \lambda_k={h\over {m_ec}} — комптоновская длина волны электрона, равная \lambda_k=2,4263 \cdot 10^{-12} м.

Уменьшение энергии фотона в результате комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом. Объяснение эффекта Комптона в рамках классической электродинамики невозможно, так как рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не меняет её частоты.

Эффект Комптона является одним из доказательств справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц и подтверждает существование фотонов.

Закон сохранения энергии в случае эффекта Комптона можно записать следующим образом[1]:

\ {hc \over {\lambda}} + m_ec^2={hc \over {\lambda'}}+\frac{m_e c^2}{\sqrt{1-\frac{\displaystyle v^2}{\displaystyle c^2}}},

Сечение эффекта Комптона описывается формулой Клейна-Нишины.

Обратный эффект Комптона[править | править исходный текст]

Эффектом, обратным эффекту Комптона, является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону.

Энергия рассеянных фотонов определяется выражением[2]:

\varepsilon_1 = \frac{4}{3}\varepsilon_0\frac{K}{m_e c^2}

где \varepsilon_1 и \varepsilon_0 — энергия рассеянного и падающего фотонов соответственно, K — кинетическая энергия электрона.

Обратный эффект Комптона ответственен за рентгеновское излучение галактических источников, рентгеновскую составляющую реликтового фонового излучения (эффект Сюняева — Зельдовича), трансформацию плазменных волн в высокочастотные электромагнитные волны[3].

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Борн, М. Атомная физика. — М.: "Мир", 1965. — С. 389.
  2. Комптона эффект — статья из Физической энциклопедии
  3. Комптона эффект — статья из Большой советской энциклопедии

Ссылки[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]