Ефект Комптона (амер. 1892 – 1962)

Згідно класичної хвильової теорії при розсіянні випромінювання його частота не змінюється, тобто розсіянні промені мають ту саму частоту що і подаючі промені. Але Комптон у 1922 р. при вивченні розсіяння коротких рентгенівських променів у парафіні (вуглеводень, С₁₉Н₄₀ – С₃₅Н₂₂) показав, що:

1. в розсіянному випромінюванні присутні як першопочаткова довжина хвилі падаючого випромінювання, так і довжина хвилі, що зміщена в бік довгих довжин хвиль;

2. величина зміщення залежить від кута розсіяння – вона зростає з збільшенням даного кута;

3. при збільшенні кута розсіяння інтенсивність незміщеної лінії падає, а інтенсивність зміщеної лінії зростає;

4. величина зміщення не залежить від речовини, на якій відбувається розсіяння;

5. при зростанні атомної ваги розсіюючої речовини інтенсивність незміщеної компоненти зростає.

Дане явище, що називається ефектом Комптона, пояснюється тільки з квантолвих позицій, якщо рахувати, що випромінювання має чисто корпускулярну природу.

Розглянемо механізм розсіяння: фотон падає на атом, співударяється з електроном, вибиває його і сам розсіюється. Тобто, на відміну від звичайного фотоефекта, коли електрон сприймає весь квант енергії фотона падаючого світла, в ефекті Комптона електрон сприймає лиш частину енергії, залишок випромінюється у вигляді розсіянного світла з збільшеною довжиною хвилі.

Для пояснення ефекта необхідно припустити, що фотон як окрема частинка має не тільки енергію але і імпульс . В процесі взаємодії з електроном повинен виконуватися закон збереження енергії і закон збереженення імпульсу.

1. Згідно рисунка:(3.30)

1. в напрямку X для P ; (3.31)

2. в напрямку Z для P (3.32)

Виключаючи g з 3.31 і 3.32, враховуючи 3.30 виключається V з рівнянь і для зміщеної частоти розсіянного світла маємо:

. (3.33)

Переходимо до , нехтуючи різницею між m i m₀ для електрона маємо:

, (3.34)

а для кута розсіяння 90^° Å, що добре узгоджується з експериментом. Величина є комбінацією трьох універсальних констант і називається комптонівською довжиною хвилі Λ для електрона, тоді остаточна формула для зміни довжини хвилі електрона при розсіянні має вигляд:

де Å. (3.35)