Komptona efekts (ko sauc arī par Komptona izkliedi) ir lielas enerģijas rezultāts fotons saduras ar mērķi, kurš atbrīvo brīvi sasietu elektroni no atoma vai molekulas ārējā apvalka. Izkliedētais starojums piedzīvo viļņa garuma nobīdi, ko nevar izskaidrot ar klasisko viļņu teoriju, tādējādi sniedzot atbalstu Einšteina fotonu teorija. Droši vien vissvarīgākā efekta nozīme ir tā, ka tā parādīja gaismu nebija pilnībā izskaidrojama atbilstoši viļņu parādībām. Komptona izkliede ir viens no neelastīgās gaismas izkliedes veidiem ar lādētu daļiņu. Notiek arī kodola izkliede, lai gan Komptona efekts parasti attiecas uz mijiedarbību ar elektroniem.
Efektu pirmo reizi demonstrēja 1923. gadā Artūrs Holijs Komptons (par kuru viņš saņēma 1927 Nobela prēmija fizikā). Komptona absolvents Y.H. Woo, vēlāk pārbaudīja efektu.
Kā darbojas komptona izkliede
Demonstrētā izkliede ir parādīta diagrammā. Augstas enerģijas fotons (parasti rentgena vai gamma-ray) saduras ar mērķi, kura ārējā apvalkā ir brīvi piesaistīti elektroni. Negadījuma fotonam ir šāda enerģija E un lineārais impulss lpp:
E = hc / lambdalpp = E / c
Fotons daļu no savas enerģijas piešķir kādam no gandrīz brīvajiem elektroniem kinētiskā enerģija, kā paredzēts daļiņu sadursmē. Mēs zinām, ka jāsaglabā kopējā enerģija un lineārais impulss. Analizējot šīs fotona un elektronu enerģijas un impulsa attiecības, jūs iegūsit trīs vienādojumus:
- enerģija
- x-komponentu impulss
- y-komponentu impulss
... četros mainīgos:
- Phi, elektronu izkliedes leņķis
- teta, fotona izkliedes leņķis
- Ee, elektronu galīgā enerģija
- E', fotona gala enerģija
Ja mums rūp tikai fotona enerģija un virziens, tad elektronu mainīgos var traktēt kā konstantes, kas nozīmē, ka ir iespējams atrisināt vienādojumu sistēmu. Apvienojot šos vienādojumus un izmantojot dažus algebriskus trikus mainīgo novēršanai, Komptons nonāca pie šādi vienādojumi (kas acīmredzami ir saistīti, jo enerģija un viļņa garums ir saistīti ar fotoni):
1 / E' - 1 / E = 1/( mec2) * (1 - cos teta)lambda' - lambda = h/(mec) * (1 - cos teta)
Vērtība h/(mec) sauc par Elektrona komptona viļņa garums un tā vērtība ir 0,002426 nm (vai 2,426 x 10-12 m). Tas, protams, nav faktiskais viļņa garums, bet tiešām proporcionalitātes konstante viļņa garuma maiņai.
Kāpēc tas atbalsta fotonus?
Šīs analīzes un atvasināšanas pamatā ir daļiņu perspektīva, un rezultātus ir viegli pārbaudīt. Aplūkojot vienādojumu, kļūst skaidrs, ka visu nobīdi var izmērīt tikai leņķa izteiksmē, kurā fotons izkliedējas. Viss pārējais vienādojuma labajā pusē ir nemainīgs. Eksperimenti rāda, ka tas tā ir, sniedzot lielu atbalstu gaismas fotonu interpretācijai.
Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.