Compton-ilmiö (jota kutsutaan myös Compton-sironniksi) on korkean energian tulos fotoni törmäävät kohteeseen, joka vapauttaa löysästi sitoutuneena elektronit atomin tai molekyylin ulkokuoresta. Hajanainen säteily kokee aallonpituussiirtymän, jota ei voida selittää klassisen aaltoteorian kannalta, ja näin se tukee Einsteinin fotoniteoria. Todennäköisesti vaikutuksen tärkein merkitys on se, että sen osoittamaa valoa ei voitu selittää täysin aalto-ilmiöiden mukaan. Komptonin sironta on yksi esimerkki varautuneen hiukkasen tyyppisestä valon joustamattomasta sironnasta. Ydinhajontaa tapahtuu myös, vaikka Compton-vaikutus viittaa tyypillisesti vuorovaikutukseen elektronien kanssa.
Vaikutus osoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1923 Arthur Holly Compton (josta hän sai vuoden 1927) Nobel palkinto fysiikassa). Comptonin jatko-opiskelija, Y.H. Woo, vahvisti myöhemmin vaikutuksen.
Kuinka Comptonin sironta toimii
Hajonta on osoitettu kuvassa kaaviossa. Korkean energian fotoni (yleensä röntgen tai gamma-ray-
) törmää kohtaan, jonka ulkokuoressa on löysästi sitoutuneita elektroneja. Tapahtumassa olevalla fotonilla on seuraava energia E ja lineaarinen vauhti p:E = hc / lambdap = E / C
Fotoni antaa osan energiastaan yhdelle melkein vapaista elektroneista, muodossa kineettinen energia, kuten hiukkasten törmäyksessä odotettiin. Tiedämme, että kokonaisenergia ja lineaarinen vauhti on säilytettävä. Analysoimalla näitä fotonin ja elektronin energia- ja impulssisuhteita päädyt kolmeen yhtälöön:
- energia
- x-komponenttiliike
- y-komponenttiliike
... neljänä muuttujana:
- Phi, elektronin sirontakulma
- theta, fotonin sirontakulma
- Ee, elektronin lopullinen energia
- E', fotonin lopullinen energia
Jos välitämme vain fotonin energiasta ja suunnasta, niin elektronimuuttujia voidaan käsitellä vakioina, mikä tarkoittaa, että on mahdollista ratkaista yhtälöjärjestelmä. Yhdistämällä nämä yhtälöt ja käyttämällä joitain algebrallisia temppuja muuttujien poistamiseksi, Compton saapui Seuraavat yhtälöt (jotka ovat ilmeisesti toisiinsa liittyviä, koska energia ja aallonpituus ovat suhteessa fotonit):
1 / E' - 1 / E = 1/( meC2) * (1 - cos theta)lambda' - lambda = h/(meC) * (1 - cos theta)
Arvo h/(meC) kutsutaan Elektronin komptoniaallonpituus ja sen arvo on 0,002426 nm (tai 2,426 x 10-12 m). Tämä ei tietenkään ole todellinen aallonpituus, mutta oikeastaan suhteellisuusvakio aallonpituuden muutokselle.
Miksi tämä tukee fotoneja?
Tämä analyysi ja johdannainen perustuvat hiukkasnäkökulmaan, ja tulokset on helppo testata. Yhtälöä tarkasteltaessa käy selväksi, että koko muutos voidaan mitata puhtaasti kulman suhteen, jossa fotoni hajoaa. Kaikki muu yhtälön oikealla puolella on vakio. Kokeet osoittavat, että näin on, koska ne tukevat hyvin valon fotonitulkintaa.
Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine