Физическая энциклопедия - комптона эффект

(комптон-эффект), упругое рассеяние эл.-магн. излучения на свободных (или слабо связанных) эл-нах, сопровождающееся увеличением длины волны; наблюдается при рассеянии излучения малых длин волн рентгеновского и g-излучений. Открыт в 1922 амер. физиком А. Комптоном (A. Compton) при исследовании рассеяния рентг.

лучей в парафине. В К. э. впервые во всей полноте проявились корпускулярные св-ва эл.-магн. излучения (в частности, света). Согласно классич. теории рассеяния света (развитой англ. физиком Дж. Томсоном), длина световой волны при рассеянии не должна меняться: под действием периодич. электрич. поля световой волны эл-н колеблется с частотой поля и поэтому излучает вторичные (рассеянные) волны той же частоты.

Первоначальная теория К. э. на основе квант. представлений была дана Комптоном и независимо от него голл. физиком П. Дебаем. По квант. теории, световая волна представляет собой поток световых квантов фотонов. Каждый фотон имеет определённую энергию ?g=hn=hc/l и импульс pg=(h/l)n, где l и n длина волны в частота падающего света, n единичный вектор в направлении распространения волны.

К. э. в квант. теории выглядит как упругое столкновение двух ч-ц налетающего фотона и покоящегося эл-на. В каждом акте столкновения соблюдаются законы сохранения энергии и импульса. Фотон передаёт часть своей энергии и импульса эл-ну и изменяет направление движения рассеивается; уменьшение энергии фотона и означает увеличение длины волны рассеянного света.

Эл-н, получивший от фотона энергию и импульс, приходит в движение испытывает отдачу. Направления движения ч-ц после столкновения и их энергии определяются законами сохранения энергии и импульса. (Т. к. при рассеянии фотонов высокой энергии эл-в отдачи может приобрести значит. скорость, необходимо учитывать релятив.

зависимость энергии и импульса эл-на от его скорости.) Рис. 1 иллюстрирует закон сохранения импульса при К. э. Совместное решение ур-ний, выражающих законы сохранения энергии и импульса при К. э., даёт для сдвига длины световой волны Dl ф-лу Комптона: Рис. 1. Упругое столкновение фотона и эл-на в комптон-эффекте. До столкновения эл-н покоится.

рg и p'g импульсы налетающего и рассеянного фотонов; рeимпульс эл-на отдачи; q угол рассеяния фотона; j угол, под к-рым летит эл-н отдачи относительно направления падающего фотона. Dl=l'-l= l0(1-cosq). (1) Здесь l'длина волны рассеянного света, q угол рассеяния фотона, а l0=h/mec»2,426•10-10 см »0,024 ?т. н. комптоновская длина волны эл-на (mемасса покоя эл-на).

Из ф-лы (1) следует, что Dl не зависит от длины волны падающего света, а определяется лишь углом q и максимален при q=180В° (при рассеянии назад): Dlмакс= 2l0. Из этих же ур-ний можно получить выражение для энергии ?е эл-на отдачи («комптоновского» эл-на) в зависимости от угла его вылета j. Эл-ны отдачи всегда имеют составляющую скорости по направлению движения падающего фотона (т.

е. j .